CN102537047B - 一种预载荷径向永磁轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预载荷径向永磁轴承。它包括侧环、外环、内环、导磁片、陶瓷球组件、静永磁环组和与动永磁环组；所述静永磁环组由八个半圆形永磁环组成，分别嵌在两个侧环内；所述动永磁环组由一个完整永磁环组成，并用紧定螺钉定位在内环上。静永磁环组与动永磁环组之间的轴向间隙恒定相等且由陶瓷球组件进行定位；所述陶瓷球组件由座圈和陶瓷球组成；所述的导磁片由磁导率高的材料组成。本发明应用相反磁极方向的永磁环实现轴承的预载荷，极大的增加了永磁轴承的承载力，并用摩擦力极小的陶瓷球自润滑系统取代了传统的机械轴承，结构简单可靠、使用便捷，便于系列化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种预载荷径向永磁轴承，是一种能方便使用的工业应用型径向永磁悬浮轴承。
背景技术
永磁悬浮轴承是利用永磁体之间的作用力来实现悬浮物体在部分自由度上的稳定悬浮。与主动型磁悬浮轴承相比，被动型永磁悬浮轴承无需主动电子控制系统，不仅节省了电力消耗，更重要是减少了可能失效的复杂的控制系统部件，使系统更加可靠，使用寿命更长。永磁悬浮轴承可与电磁轴承、机械轴承、空气轴承和超导体磁轴承等相结合，构成各种形式的磁悬浮轴承系统，具有广阔的应用前景。
永磁悬浮轴承的结构和工作原理决定了它具有很多的优势：
（1）理论上完全无磨损，实际中只受空气阻力的影响；
（2）转子速度只受到材料强度的限制，转子圆周线速度高；
（3）不需要润滑和密封，简化了机械设计，使其结构紧凑、可靠；
（4）相对于电磁轴承，永磁轴承省去了繁杂的控制系统，磁路不需要电流激励，无需供电系统；
（5）永磁磁铁的承载能力大，如钕铁硼材料，能吸起相当于自重600倍的重物。
现在国内外的永磁悬浮轴承基本上都是按需生产，谁使用谁设计，谁设计谁生产的现状，极不利于永磁悬浮轴承的发展及工业应用的提高。而且，由于吸斥力很大，刚度低，且没有专业化制造生产，使得组装、安装非常困难而不便，不能在工业上得到广泛应用。
为克服以上的缺点，本发明结合作者已有专利（名称：工业应用型永磁悬浮轴承，专利号：ZL 2009 2 0076942.2），在此基础上进行再设计与优化；作者通过大量的数据计算、实验数据分析以及实际的生产经验，对原专利进行了重新的设计及完善，使得本发明预载荷径向永磁轴承真正能够工业化应用。
发明内容
本发明的目的在于针对目前永磁悬浮轴承刚度低、安装不便的缺点，提出了一种新型的可工业化应用的预载荷径向永磁悬浮轴承。
为了达到上述目的，本发明的构思是：
一种预载荷径向永磁悬浮轴承，包括两个侧环、一个外环、一个内环、多个导磁片、两个陶瓷球轴承、两个静永磁环组和与其对应的一个动永磁环组。 在轴向上，动静永磁环组被两个陶瓷球轴承隔开，轴向间隙恒定相等，动永磁环组轴向磁力平衡；在径向上，静永磁环组给动永磁环组向上的推力和拉力，使动永磁环组在未加载荷前具有向上的径向预载荷，而动永磁环组靠与之相连的内环在径向给予阻挡，不能移动。此时，内环与外环相接触，轴承并不悬浮。当轴承载荷值大于预载荷的数值时，内环与外环分开并下移，永磁轴承实现悬浮。当出现径向冲击时，静永磁环组对动用磁环组一推一拉，迫使动永磁环恢复到原位。
上述的预载荷径向永磁悬浮轴承为大承载能力的永磁悬浮轴承，动静永磁环组均轴向充磁，尺寸及材料参数由理论计算及实际的试验分析而得出。
上述永磁轴承在工业应用时，导磁片由磁导率很高的材料（例软铁、硅钢片等）组成，使动静永磁环的磁力线分布规则，同体积下永磁环磁力增大，同时也实现了整个永磁悬浮轴承外部的磁屏蔽，减小了外界对内部磁场的影响，增加了磁场的稳定性。
根据上述构思，本发明采用下述技术方案：
一种预载荷径向永磁轴承，包括一个外环、一个内环、两个侧环、两个静永磁环组和一动永磁环组，其特征在于：所述两个侧环分别通过内六角螺钉固定于外环的两侧；所述两个静永磁环组分别嵌在两个侧环的环形凹槽内；所述动永磁环组通过紧定螺钉固定于内环上而处在两个静永磁环组之间；每个所述静永磁环组由两个上下对合的大半圆形永磁环A、B和两个上下对合的小半圆形永磁环C、D组成大小两个相套的圆形永磁环，所述八个大小半圆形永磁环A、B、C、D均轴向充磁，相邻的永磁环磁化方向相反，即两个大半圆形永磁环A、B磁化方向相反，两个小半圆形永磁环C、D磁化方向相反，上大半圆形永磁环A与上小半圆形永磁环C磁化方向相反，下大半圆形永磁环B与下小半圆形永磁环D磁化方向相反；所述两个静永磁环组中的八个半圆形永磁环中相同方位的永磁环轴向磁化方向相同；所述动永磁环组由一个圆形永磁环构成，其轴向磁化方向与所述两个静永磁环组中的上大半圆形永磁环A的磁化方向相同。
所述动永磁环组为两个大小相同、轴向磁化方向相同的永磁环组成，在该两个永磁环之间，还有一个所述静永磁环组固定连接于外环内侧中部。
所述静永磁环组和动永磁环组中的永磁环均为钕铁硼永磁环。
所述静永磁环组和动永磁环组的永磁环与两个侧环、外环和内环之间嵌有导磁片，该导磁片为软铁片或硅钢片。
所述两个侧环与内环之间分别装有陶瓷球轴承，该陶瓷球轴承由座圈和陶瓷球构成。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性特点和优点：本预载荷径向永磁悬浮轴承承载力大，刚度大，承载范围广，磁场稳定，振动小，并且可由专业化工厂批量生产，减少了用户自行组装带来的不便，并易于标准化、系列化，满足工业应用的需求。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明原理解析图；
图3是本发明一个侧环内的静永磁环组侧视图；
图4是本发明一个侧环内的静永磁环组拼装在一起时的主视图；
图5是本发明一个侧环内的静永磁环组未拼装前的主视图；
图6是本发明一个动永磁环组的主视图；
图7是本发明一个陶瓷球轴承图；
图8是本发明一个轴向扩展的实例。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：参见图1，本预载荷径向永磁轴承，包括一个外环（3）、一个内环（6）、两个侧环（2）、两个静永磁环组（1）和一动永磁环组（5），其特征在于：所述两个侧环（2）分别通过内六角螺钉（11）固定于外环（3）的两侧；所述两个静永磁环组（1）分别嵌在两个侧环（2）的环形凹槽内；所述动永磁环组（5）通过紧定螺钉（4）固定于内环（6）上而处在两个静永磁环组（1）之间；每个所述静永磁环组（1）由两个上下对合的大半圆形永磁环A、B和两个上下对合的小半圆形永磁环C、D组成大小两个相套的圆形永磁环，所述八个大小半圆形永磁环A、B、C、D均轴向充磁，相邻的永磁环磁化方向相反，即两个大半圆形永磁环A、B磁化方向相反，两个小半圆形永磁环C、D磁化方向相反，上大半圆形永磁环A与上小半圆形永磁环C磁化方向相反，下大半圆形永磁环B与下小半圆形永磁环D磁化方向相反；所述两个静永磁环组（1）中的八个半圆形永磁环中相同方位的永磁环轴向磁化方向相同；所述动永磁环组（5）由一个圆形永磁环构成，其轴向磁化方向与所述两个静永磁环组（1）中的上大半圆形永磁环A的磁化方向相同。
实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：上述永磁轴承在工业应用时，各永磁环与两个侧环（2）、外环（3）(见图8)和内环（6）之间嵌有导磁片（10），导磁片（10）由磁导率很高的材料（例软铁、硅钢片等）组成，使动、静永磁环的磁力线分布规则，同体积下永磁环磁力增大，同时也实现了整个永磁悬浮轴承外部的磁屏蔽，减小了外界对内部磁场的影响，增加了磁场的稳定性。
所述两个侧环（2）与内环（6）两侧之间分别装有陶瓷球轴承（9），该陶瓷球轴承（9）由座圈（7）和陶瓷球（8）构成。
图2为本实施例的原理解析图，动永磁环组（5）受到静永磁环组（1）的径向向上的吸引力和排斥力，产生一个预加载荷。此时，永磁轴承并不处于悬浮状态，内环（6）与侧环（2）接触；当轴承所承受的载荷值大于预载荷的数值时，内环（6）与侧环（2）分开并下移，永磁轴承实现悬浮。其中，内环（6）有一定的上下活动量，以确保承载范围，移动幅度由理论计算及实验数据进行设计。当轴承出现径向冲击时，静永磁环组（1）对动用磁环组（5）一拉一推，迫使动永磁环恢复到原位。静永磁环组（1）由八个半圆形的永磁环组成，分别嵌套在两个侧环（2）内，两侧对称分布，每个侧环内各有四个半圆形轴向充磁的钕铁硼永磁环（A）、（B）、（C）、（D）。
图3为一个侧环内的静永磁环组侧视图，图4为一个侧环内的静永磁环组拼装在一起时的主视图，图5为一个侧环内的静永磁环组未拼装前的主视图；可以清晰的看出：一个侧环内的静永磁环组由（A、B、C、D）四个半圆形轴向充磁的钕铁硼永磁环组成，其中半永磁环（A）、（D）磁化方向相同，半永磁环（B）、（C）磁化方向相同，半永磁环（A）、（D）与半永磁环（B）、（C）磁化方向相反。
所述静永磁环组（1）的八个半圆形轴向充磁的钕铁硼永磁环被强力胶水粘结在侧环（2）内。
图6为一个动永磁环组的主视图，动永磁环组由一个完整的轴向充磁的钕铁硼永磁环组成，安装时，由紧定螺钉（4）定位在内环（6）上。
图7为一个陶瓷球轴承（9），其中，（7）为座圈，（8）为陶瓷球，材料均为氮化硅自润滑材料，摩擦力矩极小。
实施例三：参见图8，本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：所述动永磁环组（5）为两个大小相同、轴向磁化方向相同的永磁环组成，在该两个永磁环之间，还有一个所述静永磁环组（1）固定连接于外环（3）内侧中部。
以上为本发明的优选实施例，在具体工业加工应用时可以进行结构扩展及应用，但这些变形和改进均将落入本发明的保护范围。图8所述实施例三为本发明轴向扩展的一个实例，结构扩展之后，永磁环数量增加，承载面积增大，承载力加倍增长，适合重载场合。
本预载荷径向永磁轴承突破了常规设计，创新性地应用相反磁极方向的永磁环实现轴承的预载荷，极大的增加了永磁轴承的承载力及刚度，并用摩擦力极小的陶瓷球自润滑系统取代了传统的机械轴承，具有结构简单、可靠、成本低、使用便捷的优点，便于大规模应用及系列化生产，具有很大的市场潜力。
Claims (3)
1.一种预载荷径向永磁轴承，包括一个外环（3）、一个内环（6）、两个侧环（2）、两个静永磁环组（1）和一动永磁环组（5），其特征在于：
1）所述两个侧环（2）分别通过内六角螺钉（11）固定于外环（3）的两侧；
2）所述两个静永磁环组（1）分别嵌在两个侧环（2）的环形凹槽内；
3）所述动永磁环组（5）通过紧定螺钉（4）固定于内环（6）上而处在两个静永磁环组（1）之间；
4）每个所述静永磁环组（1）由两个上下对合的大半圆形永磁环A、B和两个上下对合的小半圆形永磁环C、D组成大小两个相套的圆形永磁环，所述八个大小半圆形永磁环A、B、C、D均轴向充磁，相邻的永磁环磁化方向相反，即两个大半圆形永磁环A、B磁化方向相反，两个小半圆形永磁环C、D磁化方向相反，上大半圆形永磁环A与上小半圆形永磁环C磁化方向相反，下大半圆形永磁环B与下小半圆形永磁环D磁化方向相反；所述两个静永磁环组（1）中的八个半圆形永磁环中相同方位的永磁环轴向磁化方向相同；
5）所述动永磁环组（5）由一个圆形永磁环构成，其轴向磁化方向与所述两个静永磁环组（1）中的上大半圆形永磁环A的磁化方向相同。
2.根据权利要求1所述的预载荷径向永磁轴承，其特征在于所述静永磁环组（1）和动永磁环组（5）中的永磁环均为钕铁硼永磁环。
3.根据权利要求1所述的预载荷径向永磁轴承，其特征在于所述两个侧环（2）与内环（6）两侧之间分别装有陶瓷球轴承（9），该陶瓷球轴承（9）由座圈（7）和陶瓷球（8）构成。
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