CN101571160A

CN101571160A - 旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴

Info

Publication number: CN101571160A
Application number: CNA2008100254214A
Authority: CN
Inventors: 卓向东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2008-05-04
Publication date: 2009-11-04

Abstract

本发明是一种旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，该轴承利用轴向充磁磁环端面和内外两侧的都具有与端面相同磁性的特性，将环形部位进行变形，适应机械稳定要求。用磁块对浮动旋转磁环的轴向和径向进行有效悬浮，使转轴完全悬浮起来，成为磁悬浮轴承。本磁悬浮轴承悬浮起来的转轴还可以带动其他设备的旋转部分悬浮起来，成为磁悬浮轴承一体机。

Description

旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴

本发明涉及一种旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，该系统是利用符合磁悬浮要求具有梯形台阶的磁块，对外测(或内侧)端面边缘有凹陷(或凸起)变型的磁环进行轴向径向挤压，实现轴承定子对轴承转子的径向轴向悬浮，成为永磁磁悬浮轴承。为了提高轴承悬浮力的刚性，还可以把部分永磁块替换成电磁铁，成为电磁永磁混合磁悬浮轴承。该轴承转轴上可以附载电机、鼓风机、压缩机、涡轮机、泵、水轮机、风扇、风力发电机、旋转门、光盘、电脑硬盘、水表及电表等需要旋转传动设备的旋转部分，成为磁悬浮轴承转轴一体机。属于磁悬浮技术领域。

背景技术

目前，传统的磁悬浮轴承大多数不能实现全磁悬浮运转。普通轴承在轴承旋转轴时由于需要滚珠的支撑才能转动，所以摩擦阻力比较大，所以转速严重受限。轴承已成为航空航天工业发展的瓶颈。为了提高轴承的转速，就必须使轴承旋转部分与固定部分完全分离，使轴承旋转部分彻底悬浮起来。我们经过长时间技术攻关，最终使轴承的旋转部分找到了有力径向轴向悬浮支撑，实现了真正意义上的转子磁悬浮。由于是利用永磁材料进行磁悬浮，所以转轴吸附起来之后与定子永远不会接触。另外还可以增加电磁铁或用电磁铁替代部分永磁块，以提高轴承的悬浮刚性。

发明内容

为了克服普通滚动轴承不能适应高转速要求和现有的磁悬浮轴承不能实现全悬浮高刚性的问题，本发明提供一种可将轴承旋转部分完全悬浮起来的磁悬浮轴承，可以实现上下磁力不对称抗偏心和强磁力抗偏心磁悬浮。该设备在整体翻转时仍然可以保证转子在全磁悬浮状态下运转，是一种适应动态设备如飞机上的磁悬浮轴承。

本发明原理解决的问题所采用的技术方案是：将符合对磁悬浮要求的磁块固定在两端轴承悬浮磁环的对应侧，使其对两边的变型悬浮磁环产生相反的轴向悬浮力；同时同一边磁块对变型磁环还产生均衡径向悬浮力。这样悬浮磁环就能够获得均衡的轴向径向悬浮力，带动转轴完全悬浮起来，成为全磁悬浮轴承。

其中固定在轴承两端的磁块可以是轴向充磁，也可以是径向充磁。实验证明使用轴向充磁磁块对磁环进行悬浮挤压时，轴承的轴向载荷较大。由于普通轴向充磁磁环N极和S极端面的环外侧和环内侧的近端部分都呈现与端面相同的极性，而且呈环形连续状态，每一个极环形磁场的高度约为磁环高度的二分之一。磁块和磁环的形状及变型部位不限，磁环的变型部位必须在磁环一端同极磁场范围内，环的内外侧均可。

同时我们还发现，永磁体产生的磁场随时会在一定范围进行变化，而且几乎没有规律。两个极性相对的磁场之间产生这种变化，就会导致轴向悬浮时磁力必然会偏向一边。这种偏心力会加大一边的径向张力。由于其存在不确定性，这种张力方向是随机任意方向。在此时轴向张力越大，轴承径向的可承载力越小。所以该磁悬浮轴承存在轴向载荷与径向载荷成反比的现象。

另外该磁块还可以改变成径向悬浮磁块和轴向悬浮磁块彻底分离成两部分，轴向悬浮磁块固定在轴承套内与旋转磁环极性相对，实现轴向悬浮。也可以由磁环替代轴向悬浮磁块固定在轴承套内，实现对旋转磁环的轴向悬浮。

为了提高轴承的刚性和稳定性，我们还可以用电磁铁部分或全部取代固定部分的永磁块，使其成为电磁永磁混合磁悬浮轴承。

在磁块和旋转磁环外侧均没有使用阻磁材料包裹的情况下，磁环远端的另外一个极会与磁块挤压悬浮端产生产生吸力，导致其中一个旋转环与一端的磁块相吸在一起，失去悬浮状态。为此我们可以用阻磁材料包裹旋转环的一端和磁块的一部分，阻止异性磁力相吸，提高轴承的稳定性。

旋转磁环在被悬浮之后可以带动转轴悬浮起来，转轴可以带动电机、鼓风机、压缩机、涡轮机、泵、水轮机、风扇、旋转门、光盘、电脑硬盘、水表及电表等设备的旋转部分悬浮起来，成为具有磁悬浮功能的一体机。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的磁块轴向充磁的磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图2是本发明的磁块在轴承套内排列结构的轴向构造图。

图3是本发明的带有仰角安装径向充磁磁块的磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图4是本发明的立式大轴向载荷半悬浮轴承转轴一体机的径向剖面构造图。

图5是本发明的抗径向偏心磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图6是本发明的电磁永磁混合磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图7是本发明的简化磁悬浮轴承转轴风扇一体机的径向剖面构造图。

图8是本发明的磁悬浮轴承转轴一体机的径向剖面构造图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，转轴1，外侧边缘有凹陷的变型浮动旋转磁环2，轴向充磁的径向轴向混合悬浮磁块组3(该磁块也可以分解成独立的径向悬浮磁块和轴向悬浮磁块)，轴承套4。两组径向轴向混合悬浮磁块组3固定在轴承套4的两端，两个外侧有凹陷的变型浮动旋转磁环2固定在转轴1上。转轴1穿过轴承套4的中心，使两个外侧有凹陷的变型浮动旋转磁环2固定在两组径向轴向混合悬浮磁块组3外侧。悬浮环2挤压边和磁块组3的挤压边极性相同。这样两边的悬浮环就获得了两个作用力相反且均衡的轴向径向悬浮力，使旋转环悬浮起来。

图2是轴向充磁的径向轴向混合悬浮磁块组3在轴承套4内排列结构的轴向视图。

图3是本发明的对旋转环实施径向轴向混合悬浮磁块组3采用径向充磁方式排列，并且使其带有仰角(R)5安装在轴承套4内，仰角(R)5的角度不限。其余结构与图1完全相同。

图4是立式大轴向载荷半悬浮轴承转轴一体机，其中转轴1，上下两个悬浮磁环2，上下两组对旋转环实施径向轴向混合悬浮磁块组3，外壳4，径向机械限位轴承5，转子附载部分6，定子配套部分7。由于上下两组对旋转环实施径向轴向混合悬浮磁块组3对上下两个悬浮磁环2均产生向上悬浮力，而且磁块组3的充磁方向全部向上，所以转轴1可以承载较大的附载6。径向机械限位轴承5与转轴1有轻微接触摩擦。这样就组成大轴向载荷半悬浮轴承转轴一体机。

另外该轴承可以由上下两对或多对联合使用。也可以只使用其中的转子附载部分6和定子配套部分7的上部，成为只有一组悬浮磁块3挤压一个磁环2，配套一个径向机械限位轴承5的半磁悬浮轴承。此时机械轴只与轴承套之间产生轻微径向摩擦。

该附载6可以是电机、水轮机、旋转门、大型立式涡轮机、鼓风机、汽轮机等立式大型设备的旋转部分。使水轮机、旋转门、涡轮机、电机、鼓风机、汽轮机等设备的旋转部分悬浮起来，成为具有半磁悬浮功能的一体机。

图5中，对旋转环实施径向轴向混合悬浮磁块组3固定在轴承套4内，下悬浮磁块3b的体积大于上悬浮磁块3a，悬浮磁块3b对旋转磁环产生的径向悬浮力就大于悬浮磁块3a旋转磁环产生的径向悬浮力，该力可以抵消过多转轴重量，这样可以提高转轴的径向载荷，实现径向抗偏心。

图6是本发明的电磁永磁混合磁悬浮轴承。其中电磁铁组2和悬浮磁块组4同时固定在轴承套5上，对悬浮磁环2进行挤压，实现磁环2悬浮。

图7是本发明的简化磁悬浮轴承转轴风扇一体机。其中电机转子部分2固定在悬浮转轴1上，两组轴向充磁的径向轴向混合悬浮磁块3固定在轴承套5上，悬浮磁环4安装在磁块3的中间，这样两边的磁块3对中间的磁环4产生对称轴向径向挤压，使磁环4悬浮起来。转轴1穿过轴承套5与磁环4固定在一起。转轴1固定风扇叶片6。

图8是本发明的磁悬浮轴承转轴一体机。其中两个悬浮磁环2和两组悬浮磁块3通过转轴1联系起来，组成磁悬浮结构。转轴上的载荷可以是电机、鼓风机、压缩机、泵、涡轮机、汽轮机、风扇、风力发电机、光盘、电脑硬盘、水表及电表等需要旋转传动设备的旋转部分，使其成为具有磁悬浮功能的一体机。

在以上多项实施例中，悬浮磁块和旋转磁环的形状不限，只要能够达到对旋转环同极部分进行对称挤压，实现旋转环悬浮的目的即可。不同的实施例可以与其他实施例任意组合搭配，成为适应不同要求的磁悬浮轴承。

除以上实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换、等效变形形成的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：转轴、外侧边缘有凹陷的变型浮动旋转磁环、轴向充磁的径向轴向混合悬浮磁块组(该磁块也可以分解成独立的径向悬浮磁块和轴向悬浮磁块)及轴承套等部分组成磁悬浮轴承。两组径向轴向混合悬浮磁块组固定在轴承套的两端，两个外侧边缘有凹陷的变型浮动旋转磁环固定在转轴上。转轴穿过轴承套的中心，使两个外侧有凹陷的变型浮动旋转磁环固定在两组径向轴向混合悬浮磁块组外侧。悬浮环挤压边和磁块组的挤压边极性相同。这样两边的悬浮环就获得了两个作用力相反且均衡的轴向径向悬浮力，使旋转环悬浮起来。

2.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：用于径向轴向悬浮的磁块可以是整体磁块。也可以完全分离成为径向悬浮磁块和轴向悬浮磁块，然后安装在轴承套内组成环形对称磁场对浮动旋转磁环实施悬浮。轴向悬浮磁块可以由磁环替代。

3.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：卧式状态下，悬浮磁块组下面磁块的体积可以大于上部磁块的体积，抵消较大的转轴径向重量。

4.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：对浮动旋转磁环进行径向轴向悬浮的磁块组可以部分或全部由电磁铁取代。同时可以在轴承上安装传感器，控制轴承转子的位置。

5.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：旋转环实施径向轴向混合悬浮磁块组其充磁方向不限，并且可以带有仰角(R)安装在轴承套内，仰角(R)的角度不限。

6.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：悬浮起来的转轴可以带动电机、鼓风机、压缩机、泵、涡轮机、汽轮机、风扇、光盘、电脑硬盘、旋转门、水表及电表等设备的旋转部分悬浮起来，成为磁悬浮轴承一体机。

7.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：悬浮环的变形部位即可以在外侧，也可以在内侧。径向悬浮磁块可以安装在浮动旋转磁环的内侧，实现对轴承的径向悬浮。

8.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：可以用两组径向轴向悬浮磁块挤压一个磁环，使轴承体积缩小，带动小型风扇转子悬浮起来。

9.根据权利要求1所述的旋转环变型磁悬浮轴承及其旋转轴，其特征是：磁块组和磁环的非挤压顶推部位均可以用阻磁材料进行包裹。

10.根据上述权利要求，不同的轴承结构可以任意组合搭配，成为适应不同需要的磁悬浮轴承或磁悬浮转轴一体机。