CN102588433A - 一种永磁悬浮轴承及其安装结构 - Google Patents

Abstract

一种永磁悬浮轴承，包括：内圈(1)；外圈(2)，所述外圈(2)的内圆周面上固定有多个永磁环体(21)，内圈套在外圈中，永磁环体的内径大于内圈外径，且相邻的永磁环体沿轴向方向彼此间隔开；多个第一径向永磁体(3)，该多个第一径向永磁体固定在内圈上并分别与多个永磁环体相对应，且沿径向方向上与永磁环体磁力相吸；至少一个轴向永磁体(4)，该至少一个轴向永磁体固定在内圈上，且至少一个轴向永磁体分别位于所述永磁环体之间，从而使外圈在沿轴向方向上处于力平衡状态。本发明还提供一种所述永磁悬浮轴承的安装结构。本发明提供的永磁悬浮轴承更适用于外圈为转子、内圈为定子的工作场合，且能够承受更大的载荷。

Description

一种永磁悬浮轴承及其安装结构

技术领域

本发明涉及一种永磁悬浮轴承及其安装结构。

背景技术

磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。

本申请的发明人在中国专利CN 201531526U中公开了一种永磁悬浮轴承，这种永磁悬浮轴承主要包括内圈和外圈，其中内圈为永磁体，外圈由导磁材料或非导磁材料制成。在该永磁悬浮轴承外圈的两端分别固定有轴向永磁体，且外圈上固定设置有径向永磁体，该径向永磁体与内圈相吸。内圈套装在外圈内部，在非承载状态下，内圈与外圈处于贴合状态。工作时，将轴颈安装在内圈中，轴对内圈的压力能克服径向永磁体对内圈的吸力，从而使内圈处于悬浮状态。这种永磁悬浮轴承结构简单，实用性强，上述的永磁悬浮轴承适用于内圈为转子、外圈为定子的工作场合。这种轴承不适用于各种外圈为转子、内圈为定子的工作场合，如用于各种车辆的从动轮中。

因此需要提供一种适用于外圈为转子、内圈为定子的工作场合的永磁悬浮轴承。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的永磁悬浮轴承及其安装结构，该永磁悬浮轴承及其安装结构更适用于内圈为定子、外圈为转子的工作场合。

为了达到上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种永磁悬浮轴承，该永磁悬浮轴承包括：内圈；外圈，所述外圈的内圆周面上固定有多个永磁环体，所述内圈套在所述外圈中，每个所述永磁环体的内径均大于所述内圈外径，且相邻的永磁环体沿轴向方向彼此间隔开；多个第一径向永磁体，该多个第一径向永磁体固定在所述内圈上并分别与固定在所述外圈上的多个永磁环体相对应，且所述多个第一径向永磁体分别与所述多个永磁环体沿径向方向上磁力相吸；至少一个轴向永磁体，该至少一个轴向永磁体固定在所述内圈上并突出于所述内圈的外圆周面，且所述至少一个轴向永磁体分别位于相邻两个所述永磁环体之间，从而使所述外圈在沿轴向方向上处于力平衡状态。

优选地，在所述外圈处于非承载状态下，所述第一径向永磁体与所述永磁环体之间沿径向方向的磁性吸引力能够使所述永磁环体与所述内圈或所述第一径向永磁体接触；在所述外圈处于承载状态下，所述外圈能够在所述内圈外悬浮起来，以进行自由转动。

优选地，所述轴向永磁体为多个，每两个相邻的所述永磁环体之间均设置有一个所述轴向永磁体。

优选地，每个所述轴向永磁体均位于与该轴向永磁体相邻的两个所述永磁环体在轴向方向的中间位置。

优选地，每个所述永磁环体沿轴向方向的厚度均不大于与该永磁环体对应的所述第一径向永磁体沿所述内圈轴向方向的厚度。

优选地，所述内圈的上具有槽，所述第一径向永磁体安装在所述槽内。

优选地，所述第一径向永磁体为与所述内圈同轴的扇环体，该扇环体的中心轴线与所述内圈的中心轴线相同，且所述第一径向永磁体的外圆周面与所述内圈的外圆周面对齐。

优选地，所述轴向永磁体为与所述内圈同轴的扇环体。

优选地，所述轴向永磁体和所述第一径向永磁体均为与所述内圈同轴的扇环体；在沿一个所述永磁环体的该永磁悬浮轴承的径向方向的剖面图中，与该永磁环体相吸的所述第一径向永磁体的内圆周面的投影为第一弧形，与该永磁环体相邻的所述轴向永磁体的内圆周面的投影为第二弧形，该第一弧形和第二弧形均相对于所述第一弧形的中点与第二弧形的中点之间的连线对称，且所述第一弧形和第二弧形的开口彼此相对。

优选地，所述第一弧形的中心角α为60度至100度，所述第二弧形的中心角β为120度至200度。

优选地，该永磁悬浮轴承还包括第多个二径向永磁体，该多个第二径向永磁体与所述多个第一径向永磁体相对于所述内圈的中心轴线对称设置，且所述每个第二径向永磁体与该第二径向永磁体所对称设置的第一径向永磁体磁极方向相反。

优选地，所述多个永磁环体、所述多个第一径向永磁体与所述至少一个轴向永磁体的磁极方向均为沿轴向方向。

作为本发明的另外一个方面，提供一种永磁悬浮轴承的安装结构，该安装结构包括：永磁悬浮轴承，该永磁悬浮轴承为本发明所述的永磁悬浮轴承；辅助轴承，该辅助轴承与所述永磁悬浮轴承的内圈共轴；固定轴，所述永磁悬浮轴承的所述内圈和所述辅助轴承的内圈固定安装在所述固定轴的外圆周面上；和中空的旋转轴，所述永磁悬浮轴承的所述外圈和所述辅助轴承的外圈固定安装在该旋转轴的内圆周面上。

优选地，安装完成后，所述永磁悬浮轴承的所述第一径向永磁体与所述永磁悬浮轴承的所述永磁环体之间的磁性吸引力与作用在所述旋转轴上的载荷方向相反。

按照本发明所提供的永磁悬浮轴承，利用设置有永磁环体的外圈与轴向永磁体和径向永磁体的磁力作用，实现对外圈的轴向位置控制和径向位置控制，更适用于外圈为转子、内圈为定子的工作环境。

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轴向截面图，示永磁悬浮轴承组件的一种实施方式中各个磁极的分布；

图2为图1中所示永磁悬浮轴承的内圈的轴向截面图；

图3为图1中第一径向永磁体立体图；

图4为图3中第一径向永磁体的主视图；

图5为图1中永磁悬浮轴承的A-A剖视图；和

图6为本发明所述的永磁悬浮轴承的安装结构的一种实施方式。

附图标记

1      内圈                2      外圈

3      第一径向永磁体      4      轴向永磁体

8      辅助轴承            11     第一弧形

12     第二弧形            13     槽

14     固定轴              15     旋转轴

21     永磁环体            9、10  第一径向永磁体的两个端面

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所示，本发明提供一种永磁悬浮轴承，该永磁悬浮轴承包括：

内圈1；

外圈2，所述外圈2的内圆周面上固定有多个永磁环体21，所述内圈1套在所述外圈2中，每个所述永磁环体21的内径均大于所述内圈1外径，且相邻的永磁环体21沿轴向方向彼此间隔开；

多个第一径向永磁体3，该多个第一径向永磁体3固定在所述内圈1上并分别与固定在所述外圈2上的所述多个永磁环体21相对应，且所述每个第一径向永磁体3分别与对应的所述永磁环体21沿径向方向上磁力相吸；

至少一个轴向永磁体4，该至少一个轴向永磁体4固定在所述内圈1上并突出于该内圈1的外圆周面，且所述至少一个轴向永磁体4位于所述永磁环体21之间，从而使所述外圈2在沿轴向方向上处于力平衡状态。

上述永磁悬浮轴承工作时，例如外圈2安装在轮毂中，内圈1的内部安装不做旋转运动的轴，轮毂外部的零件随所述外圈2一起转动，即外圈2为转子。关于永磁悬浮轴承的设置安装将在下文中进行详细描述。

内圈1可以由导磁材料制成，也可以由非导磁材料制成，永磁环体21固定在外圈2的内圆周面上，内圈1套在外圈2中，且永磁环体21的内径大于内圈1的外径。由于永磁环体21固定在外圈2的内圆周面上，因此当永磁悬浮轴承处于承载状态时，可将永磁环体21与外圈2看做一个整体。负载对外圈2的作用力也作用在永磁环体21上。由于内圈1上还固定安装有第一径向永磁体3，该第一径向永磁体3与永磁环体21磁力相吸。因此，在外圈2处于非承载状态时的第一径向永磁体3对永磁环体21的吸引力能平衡负载对外圈2的一部分或全部作用力。

第一径向永磁体3可以通过多种方式固定安装到内圈1上，例如可以在内圈1中机加工有缺口，并将第一径向永磁体3嵌入该缺口中，然后利用粘合剂或填料将第一径向永磁体3牢固固定。当然，第一径向永磁体3并不限于上述这种安装方式，在内圈1为导磁性材料制成的情况下，第一径向永磁体3也可以固定设置在内圈1的外圆周面上。因此，第一径向永磁体3与内圈1的固定安装方式可以根据具体的应用场合而加以选择，这将在下文中进行更为详细地描述。

由于内圈1与外圈2之间并没有固定连接方式，永磁悬浮轴承处于负载状态时，永磁环体21连同外圈2在内圈1外面悬浮，外圈2容易沿轴向方向移动，在内圈1的外圆周面位于永磁环体21中间的部分上固定安装至少一个轴向永磁体4能够使永磁环体21在沿轴向方向上处于力平衡状态，确保永磁环体21连同外圈2停留在合适的位置并能防止所述外圈2沿轴向方向窜动。

轴向永磁体4可以通过多种方式固定在内圈1上的合适的位置。例如，轴向永磁体4可以固定到内圈1的外圆周面上。另外，轴向永磁体4还可以嵌入内圈1中，与第一径向永磁体3类似，为了便于所述永磁悬浮轴承的安装，轴向永磁体4固定在内圈1上之后的外表面高度应当比永磁环体21的内圆周面低，这样，将永磁环体21逐个固定在外圈2的内圆周面上之后，将固定有至少一个轴向永磁体4的内圈1装入所述外圈2的内部。

优选地，在轴向永磁体4为多个的情况下，固定在内圈1上的多个轴向永磁体4形状相同，这样能更好维持外圈2在轴向方向上的力平衡状态。

下面对上述永磁悬浮轴承的原理进行更为详细地描述。

在轴向方向上，轴向永磁体4对永磁环体21的磁性力可以为斥力或引力，但在优选情况下，轴向永磁体4对永磁环体21的磁性力为斥力，从而能够确保永磁环体21保持与轴向永磁体4之间具有合适的距离。由于在轴向方向上，永磁环体21处于平衡状态，因此一旦永磁环体21偏向内圈1的的某一端，设置在相邻两个永磁环体21之间的轴向永磁体4对靠近该轴向永磁体4的永磁环体21的斥力增大，且对远离该轴向永磁体4的永磁环体21的斥力减小，从而在轴向方向上推动永磁环体21又恢复到平衡状态。

优选地，第一径向永磁体3与永磁环体21之间的吸引力应该足够大，在外圈2处于非承载状态下，第一径向永磁体3与永磁环体21之间沿径向方向的磁性吸引力能够使永磁环体21与内圈1或第一径向永磁体3接触，如图1和图5所示；且在外圈2处于承载状态下，永磁环体21能够在第一径向永磁体3以及负载的共同作用下实现在径向方向上的受力平衡，并能在所述内圈1外悬浮起来，进一步带动外圈2在内圈1外悬浮起来以进行自由转动。

因而，在承载状态下，利用本发明的技术方案能够实现外圈的悬浮状态，可以由外圈在负载状态下做几乎没有摩擦的转动。

外圈2内安装有多个永磁环体21，同时在内圈1上设置有分别与永磁环体21对应的多个第一径向永磁体3，从而对永磁环体21产生径向方向的磁性吸引力。另外，利用位于相邻的两个永磁环体21之间的轴向永磁体4来实现外圈2在轴向方向的力平衡状态。

在图1所示的永磁悬浮轴承中，由于可以形成轴向方向相对较长的延伸长度，因此，该种永磁悬浮轴承具有相对较大的承载能力。而且，在轴向方向上也具有相对较好的稳定性。虽然在图1中仅表示了两个永磁环体21、两个第一径向永磁体3和一个轴向永磁体4，但本发明并不限于此，还可以设置有更多个。

优选地，在外圈2处于非承载状态下，多个第一径向永磁体3与多个永磁环体21之间沿径向方向的磁性吸引力能够使永磁环体21与内圈1或第一径向永磁体3接触；在外圈2处于承载状态下，永磁环体21能够在内圈1外悬浮起来，以进行自由转动。

在上述永磁悬浮轴承结构中，可以使用粘结剂将永磁环体21粘结固定在外圈2的内圆周面上。

当轴向永磁体4为一个时，该轴向永磁体4设置在相邻一对永磁环体21之间。此时，永磁环体21的数量优选为两个。

当轴向永磁体4为多个时，优选地，可在每两个相邻的永磁环体21之间各设置一个轴向永磁体4。有利于保持永磁环体21以及外圈2沿轴向方向上的受力处于平衡状态。

轴向永磁体4在内圈1上的安装位置以能对外圈2起到轴向稳定作用即可，没有特殊要求。优选地，轴向永磁体4位于与该轴向永磁体4相邻的两个永磁环体21的中间位置。

优选地，每个永磁环体21沿轴向方向的厚度均不大于与该永磁环体21对应的第一径向永磁体3沿内圈1轴向方向的厚度。进一步优选地，永磁环体21沿轴向方向的厚度等于第一径向永磁体3沿内圈1轴向方向的厚度。通过使第一径向永磁体3沿内圈1轴向方向的厚度与永磁环体21沿轴向方向的厚度相等，能够使永磁环体21获得稳定的磁性吸引力，从而有利于确保外圈2在径向方向和/或轴向方向处于稳定状态。

通常，为了安装第一径向永磁体3，可以在内圈1中预先设置有缺口或槽13，如图2所示，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。

上述每个第一径向永磁体3和各个轴向永磁体4的形状并无特别要求，以能够通过磁性作用力来实现对外圈2的位置控制即可。例如，上述磁体可以为长方体形、条形、环形等。

为了便于所述第一径向永磁体3的安装，优选地，第一径向永磁体3为扇环体，在内圈1的轴向方向上，扇环体的第一径向永磁体3沿轴向方向厚度d3，沿径向方向具有宽度w3，如图3和图4所示。优选地，该扇环体的中心轴线与内圈1的中心轴线相同，这样永磁环体21受到第一径向永磁体3的磁性吸力分布较为均匀。

优选地，第一径向永磁体3的外圆周面与内圈1的外圆周面对齐；进一步优选地，第一径向永磁体3的外圆周面与内圈1的外圆周面也对齐。在该结构中，在非承载状态下，永磁环体21能够被吸到第一径向永磁体3的外圆周面上，如图1和图5所示。该结构能够使永磁环体21获得稳定的磁性吸引力，从而有利于确保外圈2在径向方向和/或轴向方向处于稳定状态。

将扇环体的第一径向永磁体3装入内圈1中，通常采用两种结构方式。

第一种方式如图3和图4中所示的扇环体，其中，该扇环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)与内圈1的中心轴线相平行。在该结构中，扇环体的内圆周面的圆周方向的圆弧所对应的中心角与外圆周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5所示，内圈1的中心轴线位于扇环体的第一径向永磁体3的两个端面9、10所在的平面内，也就是说，内圈1的中心轴线为第一径向永磁体3的两个端面9和10所在平面的交线。在该结构中，第一径向永磁体3的扇环体的内圆周面的圆周方向的圆弧所对应的中心角与外圆周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对永磁环体21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的扇环体的内圆周面的圆周方向的圆弧(如图4所示的弧AB)所对应的中心角(如图5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的扇环体的内圆周面的圆周方向的圆弧所对应的中心角为90度。

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对与该轴向永磁体4相邻的两个永磁环体21的磁力均为斥力(或引力)，该斥力(或引力)在轴向方向上的分力(如果有的话)大小相等、方向相反，因而在轴向方向上合力为零，从而能够确保永磁环体21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，只要能够实现对永磁环体21的轴向稳定即可。

优选地，轴向永磁体4为扇环体，该扇环体的中心轴线(即该扇环体的内或外圆周面所在的圆柱面的中心轴线)与内圈1的中心轴线相同。因而，轴向永磁体4的内圆周面、外圆周面以及内圈1的内圆周面和外圆周面具有共同的中心轴线，从而使永磁环体21以及外圈2的设置不会影响到外圈2与负载的连接及其旋转运动。在这里，轴向永磁体4的扇环体与上述第一径向永磁体3的扇环体结构类似，因而不再进行详细地描述。

优选地，如图5所示，轴向永磁体4和第一径向永磁体3均为与内圈1同轴的扇环体。轴向永磁体4在内圈1的位置与第一径向永磁体3在内圈1上的位置的相对关系为：在沿一个永磁环体21的该永磁悬浮轴承的径向方向的剖面图中，与该永磁环体21相吸的第一径向永磁体3的内圆周面的投影为第一弧形11，与该永磁环体21相邻的轴向永磁体4的内圆周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的中点之间的连线在图5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的内圆周面所投影的第一弧形11即为上述第一径向永磁体3的“扇环体的内圆周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对永磁环体21的磁性吸力的方向主要沿向量OC方向(在图5中向下)，而轴向永磁体4对永磁环体21的斥力在轴向方向上的合力可以为零，轴向永磁体4对永磁环体21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，位于外圈2轴向方向两侧的轴向永磁体4对永磁环体21的斥力在径向方向上的合力的方向与第一径向永磁体3对永磁环体21的磁性吸力的方向相同，从而在径向方向上起到辅助第一径向永磁体3的作用。

由于永磁环体21固定在外圈2的内圆周面上，因此，可将永磁环体21与外圈2看作一个整体。可将第一径向永磁体3以及轴向永磁体4对永磁环体21的磁性力看作同时也在外圈2上。

在该情况下，如果外圈2上负有载荷，该载荷可以利用轴向永磁体4对永磁环体21的斥力在径向方向上的合力以及第一径向永磁体3对永磁环体21的磁性吸力一同来支撑，同时还能够克服外圈2自身重力以及永磁环体21自身重力的和，从而使本发明提供的永磁悬浮轴承能够适用于承载状态的工作条件中。

优选地，第二弧形12的中心角(图5中所示的中心角β)为120度至200度。进一步优选地，第二弧形12的中心角为160度至180度，从而能够使外圈2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多个第二径向永磁体(未显示)，该多个第二径向永磁体固定安装在所述内圈1上(如嵌入所述内圈1内)，且该多个第二径向永磁体与多个第一径向永磁体3相对于内圈1的中心轴线对称设置，且所述多个第二径向永磁体与多个第一径向永磁体3磁极方向相反。

由于多个第二径向永磁体与多个第一径向永磁体3相对于内圈1的中心轴线对称，且该多个第二径向永磁体与多个第一径向永磁体3磁极方向相反，因此该多个第二径向永磁体与多个永磁环体21磁力相斥，因而，所述多个第二径向永磁体对多个永磁环体21的磁性斥力的合力方向与多个第一径向永磁体对多个永磁环体21的磁性吸力的合力方向相同，从而能够允许多个永磁环体21外部的外圈2承载更大的载荷。

优选地，内圈1可以由导磁性材料制成。利用该导磁性材料制成的内圈1，能够使外圈2与径向永磁体3和轴向永磁体4之间的磁性作用力更大，从而使外圈2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与永磁环体21之间磁性相吸，永磁环体21与轴向永磁体4为相斥(或相吸)，以实现外圈2在承载状态下的悬浮状态，这可以通过各个磁体的磁极的设置来实现。

优选地，多个永磁环体21、多个第一径向永磁体3以及至少一个轴向永磁体4的磁极方向均沿轴向方向布置。

具体来说，以图1中的方位为例进行描述。在轴向方向上，永磁环体21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；两个永磁环体21之间的轴向永磁体4左端为S极，右端为N极。当然，将图1中各个磁体的N极和S极反转(即将图1中的N极设为S极，将图1中的S极设为N极)也是完全可行的。

由于所述各个磁体的磁极方向为沿轴向方向，因此，一方面能够方便各个磁体的设置，另一方面，更为重要的是，通过使各个磁极的磁极方向设置为沿轴向方向，能够使对应的不同磁体(如磁性相互吸引的磁体)形成闭合的磁场回路，从而不会出现退磁现象，能够更为长久地使磁场状态保持稳定。

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。

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与内圈1固定在一起(如通过粘合剂粘结在一起)，第一径向永磁体3与内圈1固定在一起，永磁环体21与外圈2固定在一起。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。

本发明所述的永磁悬浮轴承的安装结构可以包括固定轴、中空的旋转轴以及本发明所述的永磁悬浮轴承。

在内圈为定子外圈为转子的工作场合中，所述固定轴固定不动，所述中空的旋转轴绕固定轴的中心轴线旋转。例如，所述固定轴为机架、所述中空的旋转轴为轮毂。将永磁悬浮轴承的内圈1固定安装在所述固定轴的外圆周面上。永磁悬浮轴承的外圈2固定安装在所述中空的旋转轴的内圆周面上，中空的旋转轴旋转时带动外圈2一同旋转。

由于外圈2在内圈1外悬浮，所以外圈2与内圈1之间无摩擦，从而不会降低中空的旋转轴的转速，提高中空的旋转轴的工作效率。

作为本发明的另一方面，提供一种永磁悬浮轴承的优选安装结构，如图6所示，该安装结构包括：永磁悬浮轴承，该永磁悬浮轴承为本发明所提供的上述永磁悬浮轴承；辅助轴承8，该辅助轴承8与永磁悬浮轴承的内圈1共轴；固定轴14，永磁悬浮轴承的内圈1和辅助轴承8的内圈固定安装在固定轴14的外圆周面上；和中空的旋转轴15，永磁悬浮轴承的外圈2和辅助轴承8的外圈固定安装在该旋转轴15的内圆周面上。

由于在工作时，永磁悬浮轴承外圈2在内圈1外悬浮，外圈2与内圈1之间并无支撑连接结构，因此，在安装永磁悬浮轴承时，优选地，固定轴14上套装辅助轴承8，该辅助轴承8与永磁悬浮轴承的内圈1共轴。

此处的固定轴14可以是直径处处相等的普通圆轴，也可以是阶梯轴。当固定轴14为直径处处相等的普通圆轴时，辅助轴承8的内圈内径与永磁悬浮轴承的内圈1的内径相同；当固定轴14为阶梯轴时，辅助轴承8的内圈的内径为该内圈安装处的固定轴14的直径，而不等于永磁悬浮轴承的内圈1的内径。

同样，中空的旋转轴15的内径可以处处相等，也可以呈阶梯变化，可根据中空的旋转轴15的具体结构选择辅助轴承8的外圈外径。

在本发明所述的永磁悬浮轴承的安装结构中，对固定轴14、辅助轴承8以及中空的旋转轴15的具体结构没有特殊要求，只要能实现辅助轴承8与永磁悬浮轴承的内圈1共轴，辅助轴承8的外圈与永磁悬浮轴承的外圈2同时固定在旋转轴15的内表面上即可。

由于永磁悬浮轴承的内圈1和外圈2之间并无支撑或连接，当该永磁悬浮轴承处于负载状态时，外圈2在内圈1外部悬浮。当中空的旋转轴15旋转时，外圈2随之旋转。在固定轴14上安装与内圈1共轴的辅助轴承8可对永磁悬浮轴承的外圈2起到对心的作用，即，在永磁悬浮轴承的外圈2处于旋转状态时，该外圈2、永磁悬浮轴承的内圈1、辅助轴承8、旋转轴15以及固定轴14的中心轴线重合，从而使得高速旋转状态下的外圈2更加稳定。

此外，在旋转轴15运转时，大部分载荷都由永磁悬浮轴承承担，辅助轴承8所承担的载荷很小，从而使得辅助轴承8内部的摩擦力也很小，因此，几乎不会对旋转轴15的旋转产生影响。

优选地，安装完成后，永磁悬浮轴承的第一径向永磁体3与永磁悬浮轴承的永磁环体21之间的磁性吸引力与作用在旋转轴15上的载荷F的方向相反。这样，在旋转轴15旋转时，旋转轴15对外圈2的压力以及外圈2和永磁环体21自身的重力与第一径向永磁体3对永磁环体21的磁性吸引力相平衡，从而使外圈2能在内圈1外悬浮，并做与内圈1几乎没有摩擦的旋转，有利于套在永磁悬浮轴承的外圈2外部的旋转轴15的旋转，提高旋转轴15的工作效率。

在图6中所示的永磁悬浮轴承的安装结构中，只在永磁悬浮轴承的一侧安装了辅助轴承8，然而，本发明所述的永磁悬浮轴承的安装结构并不限于此，还可以在永磁悬浮轴承的两侧分别安装辅助轴承8。而辅助轴承8的形式也可以是多样的，例如可以是图6中所示的滚动轴承，也可以是其他形式的轴承，只要能对永磁悬浮轴承起到对心作用即可。

本发明提供的永磁悬浮轴承外圈为永磁体，能够在内圈外悬浮，更加适用于外圈为转子、内圈为定子的工作场合，且本发明提供的永磁悬浮轴承能够在其轴向方向具有较长的长度，能够承载更大的载荷。

本发明提供的永磁悬浮轴承的安装结构采用了辅助轴承，在永磁悬浮轴承的外圈沿径向方向移动时对永磁悬浮轴承起到辅助支撑的作用，更利于永磁悬浮轴承的稳定运转。

以上对本发明所提供的永磁悬浮轴承进行了详细地描述。虽然本发明已通过上述实施例所公开，然而上述实施例并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作各种更动与修改。因此本发明的保护范围应当以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

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)；

外圈(2)，所述外圈(2)的内圆周面上固定有多个永磁环体(21)，所述内圈(1)套在所述外圈(2)中，每个所述永磁环体(21)的内径均大于所述内圈(1)外径，且相邻的永磁环体(21)沿轴向方向彼此间隔开；

多个第一径向永磁体(3)，该多个第一径向永磁体(3)固定在所述内圈(1)上并分别与固定在所述外圈(2)上的所述多个永磁环体(21)相对应，且所述每个第一径向永磁体(3)分别与该第一径向永磁体(3)所对应的所述永磁环体(21)沿径向方向上磁力相吸；

至少一个轴向永磁体(4)，该至少一个轴向永磁体(4)固定在所述内圈(1)上并突出于该内圈(1)的外圆周面，且所述至少一个轴向永磁体(4)位于所述永磁环体(21)之间，从而使所述外圈(2)在沿轴向方向上处于力平衡状态。

2.根据权利要求1所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，在所述外圈(2)处于非承载状态下，所述第一径向永磁体(3)与所述永磁环体(21)之间沿径向方向的磁性吸引力使所述永磁环体(21)与所述内圈(1)或所述第一径向永磁体(3)接触；

在所述外圈(2)处于承载状态下，所述外圈(2)在所述内圈(1)外悬浮起来，以进行自由转动。

3.根据权利要求1所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向永磁体(4)为多个，每两个相邻的所述永磁环体(21)之间均设置有一个所述轴向永磁体(4)。

4.根据权利要求3所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，每个所述轴向永磁体(4)均位于与该轴向永磁体(4)相邻的两个所述永磁环体(21)在轴向方向上的中间位置。

5.根据权利要求1或2所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，每个所述永磁环体(21)沿轴向方向的厚度均不大于与该永磁环体(21)对应的所述第一径向永磁体(3)沿所述内圈(1)轴向方向的厚度。

6.根据权利要求1所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述内圈(1)具有槽(13)，所述第一径向永磁体(3)固定安装在所述槽(13)内。

7.根据权利要求1、2或6所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一径向永磁体(3)为与所述内圈(1)同轴的扇环体，且所述第一径向永磁体(3)的外圆周面与所述内圈(1)的外圆周面对齐。

8.根据权利要求1、3或4所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向永磁体(4)为与所述内圈(1)同轴的扇环体。

9.根据权利要求1-4中任意一项所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向永磁体(4)和所述第一径向永磁体(3)均为与所述内圈(1)同轴的扇环体；在沿一个所述永磁环体(21)的该永磁悬浮轴承的径向方向的剖面图中，与该永磁环体(21)相吸的所述第一径向永磁体(3)的内圆周面的投影为第一弧形(11)，与该永磁环体(21)相邻的所述轴向永磁体(4)的内圆周面的投影为第二弧形(12)，该第一弧形(11)和第二弧形(12)均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。

10.根据权利要求9所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一弧形(11)的中心角α为60度至100度，所述第二弧形(12)的中心角β为120度至200度。

11.根据权利要求1所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，该永磁悬浮轴承还包括多个第二径向永磁体，该多个第二径向永磁体与所述多个第一径向永磁体(3)相对于所述内圈(1)的中心轴线对称设置，且所述每个第二径向永磁体与该第二径向永磁体所对称设置的第一径向永磁体(3)磁极方向相反。

12.根据权利要求1或2所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述多个永磁环体(21)、所述多个第一径向永磁体(3)与所述至少一个轴向永磁体(4)的磁极方向均为沿轴向方向。

13.一种永磁悬浮轴承的安装结构，其特征在于，该安装结构包括：

永磁悬浮轴承，该永磁悬浮轴承为权利要求1-12中任意一项所述的永磁悬浮轴承；

辅助轴承(8)，该辅助轴承(8)与所述永磁悬浮轴承的内圈(1)共轴；

固定轴(14)，所述永磁悬浮轴承的所述内圈(1)和所述辅助轴承(8)的内圈固定安装在所述固定轴(14)的外圆周面上；和

中空的旋转轴(15)，所述永磁悬浮轴承的所述外圈(2)和所述辅助轴承(8)的外圈固定安装在该旋转轴(15)的内圆周面上。

14.根据权利要求13所述的永磁悬浮轴承的安装结构，其特征在于，安装完成后，所述永磁悬浮轴承的所述第一径向永磁体(3)与所述永磁悬浮轴承的所述永磁环体(21)之间的磁性吸引力与作用在所述旋转轴(15)上的载荷方向相反。

Images