CN102052402A - 一种永磁悬浮轴承和永磁悬浮轴承组件 - Google Patents

Abstract

一种永磁悬浮轴承，包括：永磁体的内圈；由非导磁性材料制成的外圈，内圈套在该外圈内，内圈沿外圈轴向方向的厚度小于外圈沿轴向方向的厚度，内圈的外径小于外圈的内径；第一径向永磁体，该第一径向永磁体嵌入外圈中，与内圈之间磁力相吸；多个轴向永磁体，至少一个轴向永磁体固定在外圈沿轴向方向的第一端的端面上，至少一个轴向永磁体固定在外圈沿轴向方向的第二端的端面上，内圈受位于第一端端面上的轴向永磁体的斥力与内圈受位于第二端端面上的轴向永磁体的斥力在轴向方向上的合力为零。一种包括上述永磁悬浮轴承的永磁悬浮轴承组件。利用包括永磁体的内圈、外圈、第一径向永磁体和轴向永磁体的简单结构，就能够实现本发明的永磁悬浮轴承。

Description

一种永磁悬浮轴承和永磁悬浮轴承组件

技术领域

本发明涉及一种永磁悬浮轴承和永磁悬浮轴承组件。

背景技术

现有的磁悬浮轴承通常包括两种，一种是永磁体磁力轴承，另一种是电磁磁力轴承。

由于电磁磁力轴承需要一整套检测、控制系统，因而电磁磁力轴承的结构较为复杂且成本相对较高，通常适用于大中型设备中。

而当前的永磁悬浮轴承为了获得轴向的稳定性和径向的稳定性，也通常需要设置较为复杂的磁极排列，例如通常需要宝石顶针的支撑，从而造成这种永磁悬浮轴承的结构较为复杂，且制造的难度相对较大。

因而，需要一种利用相对较为简单的结构就能够实现轴向稳定性和径向稳定性的永磁悬浮轴承。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的永磁悬浮轴承中结构相对复杂的缺陷，而提供一种结构更为简单的永磁悬浮轴承。

根据本发明的一个方面，提供了一种永磁悬浮轴承，其中该永磁悬浮轴承包括：内圈，该内圈为永磁体；外圈，所述内圈套在该外圈内，所述内圈的厚度小于所述外圈的厚度，所述内圈的外径小于所述外圈的内径，该外圈由非导磁性材料制成；第一径向永磁体，该第一径向永磁体嵌入所述外圈中，该第一径向永磁体与所述内圈之间磁力相吸；多个轴向永磁体，至少一个轴向永磁体固定在所述外圈沿轴向方向的第一端的端面上，至少一个轴向永磁体固定在所述外圈沿轴向方向的第二端的端面上，所述内圈受位于第一端端面上的轴向永磁体的斥力与位于第二端端面上的轴向永磁体的斥力在轴向方向上的合力为零。

根据本发明的另一方面，还提供了一种永磁悬浮轴承组件，该永磁悬浮轴承组件包括圆盘形的壳体以及一个上述永磁悬浮轴承，所述一个永磁悬浮轴承位于该壳体内，该壳体具有沿所述永磁悬浮轴承的中心轴线贯穿该壳体的壁的孔，该孔的直径不小于所述轴向永磁体的内圆周表面所在的圆柱形表面的直径。

根据本发明的再一方面，还提供了一种永磁悬浮轴承组件，该永磁悬浮轴承组件包括至少两个本发明所提供的上述永磁悬浮轴承，各个永磁悬浮轴承相同且各个永磁悬浮轴承的外圈具有相同的中心轴线，其中，任意两个相邻的永磁悬浮轴承共用该两个相邻的永磁悬浮轴承的内圈之间的轴向永磁体。

按照本发明所提供的永磁悬浮轴承和永磁悬浮轴承组件，永磁体的内圈受到径向永磁体的吸力作用，由于径向永磁体嵌入外圈中，因而该吸力作用的方向为沿外圈的径向方向。同时，在轴向方向上，位于第一端的端面上的轴向永磁体对内圈的斥力与位于第二端端面上的轴向永磁体对内圈的斥力合力为零，因而能够保持内圈在轴向方向上总是处于稳定状态。

因此，在非承载时，本发明所提供的永磁悬浮轴承中，内圈受到第一径向永磁体的吸引而处于外圈中的偏心位置，但在轴向方向上位于外圈的两个端面之间的稳定位置。当承载时，作用到内圈上的负载与第一径向永磁体和内圈之间的磁性吸力相抵消，从而使内圈处于外圈的中心位置或靠近该中心位置的位置，从而使内圈处于悬浮状态。同时，在轴向方向上，内圈仍然处于稳定状态。因而，在承载时能够实现内圈的悬浮状态，可以由内圈支撑旋转轴做几乎没有摩擦的转动。

通过以上描述可知，利用包括外圈、永磁体的内圈、第一径向永磁体和轴向永磁体的简单结构，就能够实现本发明的永磁悬浮轴承以及永磁悬浮轴承组件。

附图说明

图1为根据本发明一种实施方式的永磁悬浮轴承的分解示意图；

图2为图1中永磁悬浮轴承的轴向截面图；

图3为图1中永磁悬浮轴承的外圈的中心横截面的示意图；

图4为图1中永磁悬浮轴承中第一径向永磁体的立体图；

图5为图4中第一径向永磁体的沿外圈的轴向的投影图；

图6为永磁悬浮轴承轴向方向的正投影视图，其中，将外圈2的部分剖开以表示第一径向永磁体在外圈上与轴向永磁体在外圈上的相对位置关系；

图7为表示图1中永磁悬浮轴承的各个磁极的分布的示意图；和

图8为表示本发明的永磁悬浮轴承组件的一种实施方式中各个磁极的分布示意图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

如图1和图2所示，本发明所提供的永磁悬浮轴承包括：

内圈1，该内圈1为永磁体；

外圈2，所述内圈1套在所述外圈2内，所述内圈1沿所述外圈2轴向方向的厚度小于所述外圈2沿轴向方向的厚度，所述内圈1的外径小于所述外圈2的内径，该外圈2可以由非导磁材料制成；

第一径向永磁体3，该第一径向永磁体3嵌入所述外圈2中，该第一径向永磁体3与所述内圈1之间磁力相吸；

多个轴向永磁体4，至少一个轴向永磁体固定在所述外圈2沿轴向方向的第一端的端面6上，至少一个轴向永磁体4固定在所述外圈2沿轴向方向的第二端的端面7上，位于第一端端面6上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力与位于第二端端面7上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力在轴向方向上的合力为零，因而内圈1在轴向方向上实现受力平衡状态。

优选地，位于第一端端面6上的轴向永磁体4的个数等于位于第二端端面7上的轴向永磁体4的个数，以便于实现内圈1在轴向方向上的受力平衡状态。

所述永磁悬浮轴承的内圈1为永磁体，内圈1通常作为轴承中的旋转部件。换句话说，当所述永磁悬浮轴承承载后，例如将轴端插入内圈1后，该内圈1会随轴一同旋转。

优选地，外圈2由非导磁材料制成，内圈1容纳在外圈2内，而且，所述内圈1的厚度小于所述外圈2的厚度，所述内圈1的外径小于所述外圈2的内径。

此外，在外圈2中还嵌有第一径向永磁体3，该第一径向永磁体3与内圈1相互磁性吸引。由于第一径向永磁体3相对于内圈1位于径向方向的位置，因而，第一径向永磁体3对内圈1的吸引力实际上为对内圈1的径向吸引力。在非承载状态下，内圈1被吸到第一径向永磁体3上或外圈2上。此时，内圈1在外圈2内处于偏心位置。

在轴向方向上，至少一个轴向永磁体4固定在所述外圈2沿轴向方向的第一端的端面6上，至少一个轴向永磁体4固定在所述外圈2沿轴向方向的第二端的端面7上，位于第一端的端面6上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力与位于第二端的端面7上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力在轴向方向的合力为零。

显然，由于在轴向方向上，位于第一端的端面6上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力，以及位于第二端的端面7上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力在轴向方向的合力为零，从而会使内圈1在轴向方向上处于平衡状态。一旦内圈1偏向外圈2的某一端，则该端上设置的轴向永磁体4对该内圈1的斥力增大，且另一端上设置的另外的轴向永磁体4对该内圈1的斥力减小，从而推动内圈1又恢复到平衡状态。

当然，位于第一端的端面6上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力以及位于第二端的端面7上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力在径向方向上的合力可以为零；也可以不为零。优选地，位于第一端的端面6上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力和位于第二端的端面7上的轴向永磁体4对所述内圈1的斥力在径向方向上的合力的方向与第一径向永磁体3对内圈1的吸力的方向相同。

优选地，每个轴向永磁体4的几何形状和所产生的磁场的磁场强度都是相同的，且位于第一端的端面6上的轴向永磁体4中各个永磁体的分布与位于第二端的端面7上的轴向永磁体4中各个永磁体的分布是相对于外圈2的中心横截面8对称的，从而便于实现内圈1在轴向方向上的受力合力为零。

所述外圈2沿轴向方向的第一端的端面6和所述外圈2沿轴向方向的第二端的端面7均与中心横截面8平行，且相对于该中心横截面8对称，如图3所示。

所述第一径向永磁体3用于对内圈1施加磁性吸引力。该第一径向永磁体3的形状没有特殊要求，只要能够与内圈1的磁性吸引即可。

但优选地，为了便于第一径向永磁体3在外圈2的设置，第一径向永磁体3为环形段状体，如图1所示。所谓的环形段状体是指，在图1中外圈2的轴向方向上看，该第一径向永磁体3的投影为环形的一部分，同时，在外圈2的轴向方向上，环形段状体的第一径向永磁体3还具有厚度d3，如图4和图5所示。

该环形段状体的第一径向永磁体3可以以任意合适的方式设置在外圈2上，只要满足在对内圈1施加磁性吸引力的同时，不影响内圈1的旋转即可。例如，第一径向永磁体3可以嵌入外圈2的外圆周表面上。

优选地，所述第一径向永磁体3沿所述外圈2径向方向的宽度w3(如图5所示)与所述外圈2沿径向方向的宽度相同，第一径向永磁体3的内圆周表面与外圈2的内圆周表面对齐，且第一径向永磁体3的外圆周表面与外圈2的外圆周表面也对齐。在该结构中，在非承载状态下，内圈1吸到第一径向永磁体3的内圆周表面上，如图2所示。

通常，为了安装第一径向永磁体3，可以在外圈2中预先设置有槽13，然后在装配过程中将第一径向永磁体3装入该槽13内固定即可。

将环形段状体的第一径向永磁体3装入外圈2中，通常采用两种结构方式。

第一种方式如图1、图4和图5中所示的环形段状体，其中，该环形段状体的第一径向永磁体3的两个端面9、10(该两个端面也彼此平行)与外圈2的中心轴线相平行。在该结构中，环形段状体的内圆周表面的圆周方向的圆弧所对应的中心角与外圆周表面的圆周方向的圆弧所对应的中心角是不同的。

另一种方式如图6所示，外圈2的中心轴线位于环形段状体的第一径向永磁体3的两个端面9、10内。在该结构中，环形段状体的内圆周表面的圆周方向的圆弧所对应的中心角与外圆周表面的圆周方向的圆弧所对应的中心角是相同的。

为了使第一径向永磁体3对内圈1产生合适的足够的磁性吸引力，优选地，所述第一径向永磁体3的环形段状体的内圆周表面的圆周方向的圆弧(如图5所示的弧AB)所对应的中心角(如图6所示的中心角α)为60度至100度。

进一步优选地，第一径向永磁体3的环形段状体的内圆周表面的圆周方向的圆弧所对应的中心角为90度。

优选地，所述第一径向永磁体3位于所述外圈2中沿轴向方向的中间位置，因而，所述外圈2的中心横截面8也将第一径向永磁体3分为相对于该中心横截面8对称的两部分。按照该结构，在非承载状态下，位于外圈2中沿轴向方向的中间位置的第一径向永磁体3在轴向方向上也位于外圈2内的中间位置。因此，利用磁性吸引力，第一径向永磁体3在轴向方向上也能够起到对内圈1定位的作用，从而在更大程度上确保内圈1在轴向方向上处于正确的位置。

优选地，所述第一径向永磁体3的厚度d3为所述外圈2的厚度的1/3至2/3，所述第一径向永磁体3沿外圈2轴向方向的厚度与所述内圈1沿轴向方向的厚度相等，如图7所示。进一步优选地，所述第一径向永磁体3的厚度d3为所述外圈2的厚度的1/2。通过使第一径向永磁体3沿外圈2轴向方向的厚度与所述内圈1沿轴向方向的厚度相等，能够使内圈1获得稳定的磁性吸引力，从而有利于确保内圈1在径向方向和/或轴向方向处于稳定状态。

以上对本发明的永磁悬浮轴承的第一径向永磁体3的设置及其作用进行了详细地描述。下面对轴向永磁体4进行详细地描述。

轴向永磁体4的个数为多个。但优选地，为了简便轴向永磁体4与外圈2的装配，轴向永磁体4为两个，其中一个轴向永磁体4位于外圈2的一个端面6上，另一个轴向永磁体4位于外圈2的另一端面7上。

分别位于外圈2的两个端面上的两组轴向永磁体4作用在内圈1上的磁力为斥力，该一对斥力在轴向方向上大小相等、方向相反，因而在轴向方向上合力为零，从而能够确保内圈1在轴向方向上的稳定。轴向永磁体4的几何形状并没有特殊要求，只要能够实现对内圈1的轴向稳定即可。

位于第一端端面上的轴向永磁体4可以为多个，位于第二端端面上的轴向永磁体4也可以为多个，位于第一端端面上的轴向永磁体4的个数与位于第二端端面上的轴向永磁体4的个数可以不同，只要能够实现内圈1在轴向方向上受到的斥力合力为零即可。

优选地，所述轴向永磁体4为环形段状体，该环形段状体的中心轴线(即该环形段状体的内或外圆周表面所在的圆柱表面的中心轴线)与所述外圈2的中心轴线相同。因而，轴向永磁体4的环形段状体的内圆周表面、外圆周表面以及外圈2的内圆周表面和外圆周表面具有共同的中心轴线，从而使外圈2的设置不会影响到内圈1与负载(如轴)的连接及其旋转运动。在这里，轴向永磁体4的环形段状体与上述第一径向永磁体3的环形段状体结构类似，因而不再进行详细地描述。

优选地，为了便于外圈2的安装，所述轴向永磁体4的环形段状体的外圆周表面与所述外圈2的外圆周表面对齐，如图2所示。

优选地，为了使轴向永磁体4对内圈1施加理想的斥力，所述轴向永磁体4的环形段状体沿所述外圈2径向方向的宽度w4(如图2所示)大于所述外圈2沿径向方向的宽度，从而使轴向永磁体4的内圆周表面突出于外圈2的内圆周表面，以使轴向永磁体4与内圈1的位置更为接近，以获得理想的磁性斥力。

而且，轴向永磁体4沿所述外圈2径向方向的宽度w4与所述外圈2沿径向方向的宽度的差小于或等于所述外圈2的内径与所述内圈1的内径的差。因而，当在承载状态下，突出于外圈2的内圆周表面的轴向永磁体4不会对内圈1和与该内圈1连接的轴造成干涉。

优选地，所述轴向永磁体4沿所述外圈2径向方向的宽度w4为所述内圈1沿径向方向的宽度的1.5-2.5倍。进一步优选地，所述轴向永磁体4沿所述外圈2径向方向的宽度为所述内圈1沿径向方向的宽度的2倍。除了上述优点之外，使轴向永磁体4的宽度w4大于内圈1的宽度，既能够实现内圈1在轴向方向上的受力平衡，而且，内圈1两侧的两组轴向永磁体4对内圈1的斥力在径向方向上也会产生合力，且该合力有助于使内圈1承载更大的径向载荷。

轴向永磁体4在外圈2上的安装位置以能对内圈1起到轴向稳定作用即可，没有特殊要求。

优选地，如图6所示，轴向永磁体4在外圈2的位置与第一径向永磁体3在外圈2上的位置的相对关系为：在该永磁悬浮轴承轴向方向的正投影视图中，所述第一径向永磁体3的内圆周表面的投影为第一弧形11，所述轴向永磁体4的内圆周表面的投影为第二弧形12，该第一弧形11和第二弧形12相对于所述第一弧形11的中点与第二弧形12的中点之间的连线L在图6中左右对称，且所述第一弧形11和第二弧形12的开口彼此相对。

实际上，这里的第一径向永磁体3的内圆周表面所投影的第一弧形11即为上述“环形段状体的内圆周表面的圆周方向的圆弧”。

优选地，第一弧形11的中心角α为60度至100度，进一步优选地，为90度。

按照该结构，第一径向永磁体3对内圈1的磁性吸力的方向主要沿向量OC方向(在图6中向上)，而轴向永磁体4对内圈1的斥力在轴向方向上的合力为零，轴向永磁体4对内圈1的斥力在径向方向上的合力将主要沿向量DC方向。也就是说，轴向永磁体4对内圈1的斥力在径向方向上的合力的方向与第一径向永磁体3对内圈1的磁性吸力的方向相同。

在该情况下，如果内圈1上负有载荷(如安装有轴)，该载荷可以利用轴向永磁体4对内圈1的斥力在径向方向上的合力和第一径向永磁体3对内圈1的磁性吸力一同来支撑，从而使本发明提供的永磁悬浮轴承能够适用于更大载荷的工作条件中。

优选地，所述第二弧形12的中心角(图6中所示的中心角β)为160度至200度。进一步优选地，所述第二弧形12的中心角为180度，从而能够使内圈1在轴向方向上获得更为稳定的平衡状态。

为了进一步提高本发明的永磁悬浮轴承的承载能力，优选地，所述永磁悬浮轴承还包括第二径向永磁体(未显示)，该第二径向永磁体嵌入所述外圈2内，且该第二径向永磁体与所述第一径向永磁体3相对于所述外圈2的中心轴线对称，该第二径向永磁体与所述内圈1磁力相斥。

由于第二径向永磁体与所述第一径向永磁体3相对于所述外圈2的中心轴线对称，该第二径向永磁体与所述内圈1磁力相斥，因而，该第二径向永磁体对内圈1的磁性斥力的合力方向与第一径向永磁体对内圈1的磁性吸力的合力方向相同，从而能够允许内圈1承载更大的载荷。

优选地，在设置有第二径向永磁体的情形中，外圈2也可以由导磁性材料制成。利用该导磁性材料制成的外圈2，能够使内圈1与径向永磁体3和轴向永磁体4之间的磁性作用力更大，从而使内圈1在轴向方向上更为稳固，在径向方向上能够承载更大的载荷。

如上所述，第一径向永磁体3与内圈1之间磁性相吸，内圈1与轴向永磁体4为相斥，这可以通过各个磁体的磁极的设置来实现。

优选地，所述内圈、第一径向永磁体3和轴向永磁体4的磁极方向(即在磁体内，N极指向S极的方向或S极指向N极的方向)为沿所述外圈2的轴向方向。

具体来说，以图2和图7中的方位为例进行描述。在轴向方向上，内圈1的左端为N极，右端为S极；第一径向永磁体3的左端为S极，右端为N极；对于外圈2左侧的轴向永磁体4来说，左端为S极，右端为N极；对于外圈2右侧的轴向永磁体4来说，左端为S极，右端为N极。当然，将图7中各个磁体的N极和S极反转(即将图7中的N极设为S极，将图7中的S极设为N极)也是完全可行的。

此外，相对于传统的永磁悬浮轴承而言，本发明所提供的永磁悬浮轴承中，轴向永磁体4与外圈2固定在一起(如通过粘合剂粘结在一起)，第一径向永磁体3与外圈2嵌入地固定在一起，因此除了外圈2之内的内圈1之外，其余的部件固定连接为整体。因此，本发明的永磁悬浮轴承为集成式的，结构非常紧凑，装配过程也相对较为简便。

针对不同的应用场合，可以选择能够产生不同的磁场强度的永磁体、第一(第二)径向永磁体和轴向永磁体。

以上描述了本发明所提供的永磁悬浮轴承的主要部件及其原理，下面对本发明所提供的永磁悬浮轴承组件进行描述。

本发明所提供的永磁悬浮轴承组件包括至少一个本发明所提供的上述永磁悬浮轴承，且以上关于永磁悬浮轴承的技术特征可以以任何合适的方式单独地和/或组合地结合在永磁悬浮轴承组件的永磁悬浮轴承中。

优选地，该永磁悬浮轴承组件包括圆盘形的壳体以及一个上述永磁悬浮轴承，所述一个永磁悬浮轴承位于该壳体内，该壳体具有沿所述永磁悬浮轴承的中心轴线贯穿该壳体的壁的孔，该孔的直径不小于所述轴向永磁体4的内圆周表面所在的圆柱形表面的直径。在使用时，内圈1所要支撑的轴可以通过壳体的孔而进入永磁悬浮轴承组件中，以与内圈1配合。

或者，该永磁悬浮轴承组件包括至少两个上述永磁悬浮轴承，各个永磁悬浮轴承的外圈具有相同的中心轴线，其中，任意两个相邻的永磁悬浮轴承共用该两个相邻的永磁悬浮轴承的内圈之间的轴向永磁体。

在所述永磁悬浮轴承组件具有至少两个上述永磁悬浮轴承的情况下，各个永磁悬浮轴承相同，即各个永磁悬浮轴承的部件(形状、尺寸等参数)及其排列方式，以及磁极的排列方式都是相同的，例如图8所示。各个永磁悬浮轴承的外圈具有相同的中心轴线，其中，任意两个相邻的永磁悬浮轴承共用该两个相邻的永磁悬浮轴承的内圈之间的轴向永磁体。例如，如图8所示，该永磁悬浮轴承组件包括两个永磁悬浮轴承，该两个永磁悬浮轴承共用中间的轴向永磁体4(4’)。

在永磁悬浮轴承组件包括3个或3个以上的永磁悬浮轴承时，任意两个相邻的永磁悬浮轴衬都共用该两个相邻的永磁悬浮轴承的内圈1之间的(一组)轴向永磁体。

利用本发明所提供的永磁悬浮轴承组件，能够将多个永磁悬浮轴承串联起来，从而由多个永磁悬浮轴承的各个内圈1来承载。显然，与单个永磁悬浮轴承相比，能够承载更大的载荷。

各个永磁悬浮轴承的外圈2可以为单独的部件，但优选地，各个永磁悬浮轴承的外圈2连接为一体部件，从而形成一个整体。

优选地，所述永磁悬浮轴承组件还包括圆盘形的壳体，所述永磁悬浮轴承位于该壳体内，所述壳体具有沿所述壳体的外圆周表面的中心轴线延伸并贯穿该壳体的壁的孔，该孔的直径不小于所述轴向永磁体4的内圆周表面所在的圆柱形表面的直径(如图6所示的第二弧形12所在的圆的直径)。

利用该壳体，可以有效地保护永磁悬浮轴承的各个部件。而且，贯穿壳体的孔的直径不小于轴向永磁体4的内圆周表面所在的圆柱形表面的直径，因而便于内圈1与负载(如穿过内圈1的轴)的连接。

该壳体通常包括可拆卸地连接在一起的两部分。外圈2牢固地安装在壳体的空腔内，并使贯穿壳体的孔与外圈2的内圆周表面具有共同的中心轴线，以便于该永磁悬浮轴承在承载后，使内圈1的承载的轴的旋转中心也基本保持在外圈2的内圆周表面的中心轴线上。

优选地，为了避免第一径向永磁体3、内圈1和轴向永磁体4所产生的磁场在工作场合中对周围邻近的部件或装置的运行有所影响，优选地，所述壳体由导磁材料制成，从而将所述永磁悬浮轴承的磁场屏蔽起来。

为了提高永磁悬浮轴承的适应性，以能够承载大范围内的负载，优选地，所述永磁悬浮轴承组件还包括辅助轴承，该辅助轴承安装在所述壳体的孔中，该辅助轴承的旋转部件的旋转中心轴线与所述外圈2的中心轴线为同一轴线。

该辅助轴承同样可用于支撑穿过内圈1的轴的负载。对辅助轴承的具体分析如下：

当内圈1承载的负载与内圈1受到的第一径向永磁体3的吸力、第二径向永磁体的斥力(如果有的话)，以及轴向永磁体4的斥力在径向方向的合力平衡时(即内圈1受到垂直地面向上的磁性力与受到的负载的垂直地面向下的重力合力为零时)，内圈1位于外圈2内的中心位置。在该情况下，辅助轴承无需对穿过内圈1的轴进行支撑；

而当内圈1承载的负载与内圈1受到的第一径向永磁体3的吸力、第二径向永磁体的斥力(如果有的话)，以及轴向永磁体4的斥力在径向方向的合力不平衡时(如，内圈1受到垂直地面向上的磁性力大于或小于受到的负载的垂直地面向下的重力时)，则辅助轴承可以对穿过内圈1的轴起到辅助支撑的作用，从而扩大了本发明的永磁悬浮轴承的适用范围。

这里所描述的在包括多个永磁悬浮轴承的永磁悬浮轴承组件中使用的壳体和辅助轴承都可用于包括一个永磁悬浮轴承的永磁悬浮轴承组件中。

通过以上描述可知，在本发明所提供的永磁悬浮轴承中，利用第一径向永磁体3(和第二径向永磁体)、轴向永磁体4实现对内圈1的控制：当非承载状态时，内圈1受径向方向的磁性作用力而在径向方向上偏离于外圈2的中心；而在承载状态时，恰好能够利用内圈1受到的磁性作用力来承担内圈1受承载的负载，当该负载与内圈1受到的磁性作用力平衡时，内圈1位于外圈2的中心位置，并处于悬浮状态，从而能够实现无摩擦的旋转。当内圈1受到的磁性作用力与承担内圈1受承载的负载不平衡时，还可利用辅助轴承起到辅助支撑作用，能够实现摩擦非常小的旋转运动，能够适用于较大范围的负载。

而在轴向方向上，无论是非承载状态还是在承载状态，内圈1都在轴向永磁体4的磁性作用力的控制下处于稳定状态。本发明所提供的永磁悬浮轴承和永磁悬浮轴承组件通常在横向放置的状态中使用，即外圈2的轴向方向与水平面方向平行。

以上对本发明所提供的永磁悬浮轴承组件进行了详细地描述。本领域的技术人员还应该明白，本发明所包含的内容不限于此，在不脱离本发明实质范围的前提下，可以做出各种修改、替换和变化。

Claims (18)

1.一种永磁悬浮轴承，其特征在于，该永磁悬浮轴承包括：

内圈(1)，该内圈(1)为永磁体；

外圈(2)，所述内圈(1)套在该外圈(2)内，所述内圈(1)沿所述外圈(2)轴向方向的厚度小于所述外圈(2)沿轴向方向的厚度，所述内圈(1)的外径小于所述外圈(2)的内径，该外圈(2)由非导磁性材料制成；

第一径向永磁体(3)，该第一径向永磁体(3)嵌入所述外圈(2)中，该第一径向永磁体(3)与所述内圈(1)之间磁力相吸；

多个轴向永磁体(4)，至少一个轴向永磁体(4)固定在所述外圈(2)沿轴向方向的第一端的端面(6)上，至少一个轴向永磁体(4)固定在所述外圈(2)沿轴向方向的第二端的端面(7)上，所述内圈(1)受位于所述第一端的端面(6)上的轴向永磁体(4)的斥力与所述内圈(1)受位于所述第二端的端面(7)上的轴向永磁体(4)的斥力在轴向方向上的合力为零。

2.根据权利要求1所述的永磁悬浮轴承，其中，所述第一径向永磁体(3)为环形段状体，所述第一径向永磁体(3)沿所述外圈(2)径向方向的宽度与所述外圈(2)沿径向方向的宽度相同，所述第一径向永磁体(3)的环形段状体的内圆周表面与所述外圈(2)的内圆周表面对齐。

3.根据权利要求2所述的永磁悬浮轴承，其中，所述第一径向永磁体(3)沿所述外圈(2)轴向方向的厚度为所述外圈(2)沿轴向方向的厚度的1/3至2/3，所述第一径向永磁体(3)沿所述外圈(2)轴向方向的厚度与所述内圈(1)沿所述外圈(2)轴向方向的厚度相等。

4.根据权利要求3所述的永磁悬浮轴承，其中，所述轴向永磁体(4)的个数为两个。

5.根据权利要求4所述的永磁悬浮轴承，其中，所述轴向永磁体(4)为环形段状体，该轴向永磁体(4)的环形段状体的中心轴线与所述外圈(2)的中心轴线相同。

6.根据权利要求5所述的永磁悬浮轴承，其中，所述轴向永磁体(4)沿所述外圈(2)径向方向的宽度大于所述外圈(2)沿径向方向的宽度，且所述轴向永磁体(4)沿所述外圈(2)径向方向的宽度与所述外圈(2)沿径向方向的宽度的差小于或等于所述外圈(2)的内径与所述内圈(1)的内径的差。

7.根据权利要求6所述的永磁悬浮轴承，其中，所述轴向永磁体(4)沿所述外圈(2)径向方向的宽度为所述内圈(1)沿径向方向的宽度的1.5-2.5倍。

8.根据权利要求6所述的永磁悬浮轴承，其中，在该永磁悬浮轴承轴向方向的正投影视图中，所述第一径向永磁体(3)的内圆周表面的投影为第一弧形(11)，所述轴向永磁体(4)的内圆周表面的投影为第二弧形(12)，该第一弧形(11)和第二弧形(12)相对于所述第一弧形(11)的中点与第二弧形(12)的中点之间的连线对称，且所述第一弧形(11)和第二弧形(12)的开口彼此相对。

9.根据权利要求8所述的永磁悬浮轴承，其中，所述第二弧形的中心角为160度至200度。

10.根据权利要求9所述的永磁悬浮轴承，其中，所述第一弧形的中心角为60至100度。

11.根据权利要求8所述的永磁悬浮轴承，其中，该永磁悬浮轴承还包括第二径向永磁体，该第二径向永磁体嵌入所述外圈(2)内，且该第二径向永磁体与所述第一径向永磁体(3)相对于所述外圈(2)的中心轴线对称，该第二径向永磁体与所述内圈(1)磁力相斥。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的永磁悬浮轴承，其中，所述内圈、第一径向永磁体(3)和轴向永磁体(4)的磁极方向为沿所述外圈(2)的轴向方向。

13.一种永磁悬浮轴承组件，该永磁悬浮轴承组件包括圆盘形的壳体以及一个权利要求1-12中任意一项所述的永磁悬浮轴承，所述一个永磁悬浮轴承位于该壳体内，该壳体具有沿所述永磁悬浮轴承的中心轴线贯穿该壳体的壁的孔，该孔的直径不小于所述轴向永磁体(4)的内圆周表面所在的圆柱形表面的直径。

14.一种永磁悬浮轴承组件，该永磁悬浮轴承组件包括至少两个权利要求1-12中任意一项所述的永磁悬浮轴承，各个永磁悬浮轴承的外圈具有相同的中心轴线，其中，任意两个相邻的永磁悬浮轴承共用该两个相邻的永磁悬浮轴承的内圈之间的轴向永磁体。

15.根据权利要求14所述的永磁悬浮轴承组件，其中，各个永磁悬浮轴承的外圈连接为一体部件。

16.根据权利要求14所述的永磁悬浮轴承组件，其中，该永磁悬浮轴承组件还包括圆盘形的壳体，所述永磁悬浮轴承位于该壳体内，该壳体具有沿所述永磁悬浮轴承的中心轴线贯穿该壳体的壁的孔，该孔的直径不小于所述轴向永磁体(4)的内圆周表面所在的圆柱形表面的直径。

17.根据权利要求14所述的永磁悬浮轴承组件，其中，所述壳体由导磁材料制成。

18.根据权力要去14所述的永磁悬浮轴承组件，其中，所述永磁悬浮轴承组件还包括辅助轴承，该辅助轴承安装在所述壳体的孔中。

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