CN102588434B - 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，该永磁悬浮轴承包括：内圈(1)；外圈(2)，该外圈(2)为永磁体，所述内圈套在所述外圈内部，且所述外圈的内径大于所述内圈的外径，所述外圈沿轴向方向的厚度小于所述内圈沿轴向方向的厚度；第一径向永磁体(3)，该第一径向永磁体固定在所述内圈上且沿径向方向上与所述外圈磁力相吸；多个轴向永磁体(4)，该多个轴向永磁体固定在所述内圈的两端面上从而使所述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，该安装结构还包括辅助轴承(8)、固定轴(14)和中空的旋转轴(15)。本发明所述的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。

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CN201531526U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，这种永磁悬浮轴承适用于内圈为转子、外圈为定子的工作场合。但对于一些外圈为转子、内圈为定子的工作场合，如各种车辆的从动轮中，上述永磁悬浮轴承并不适用。

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该永磁悬浮轴承的安装结构，所述永磁悬浮轴承及其安装结构适用于外圈为转子、内圈为定子的工作场合。

作为本发明的一个方面，本发明提供一种永磁悬浮轴承，该永磁悬浮轴承包括：内圈；外圈，该外圈为永磁体，所述内圈套在所述外圈中，所述外圈沿轴向方向的厚度小于所述内圈沿轴向方向的厚度；第一径向永磁体，该第一径向永磁体固定在所述内圈上且沿径向方向上与所述外圈磁力相吸；多个轴向永磁体，该多个轴向永磁体固定在所述内圈上并分别位于所述外圈沿轴向方向的两侧，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外圈之间沿径向方向的磁性吸引力能够使所述外圈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，所述第一径向永磁体沿轴向方向的厚度不小于所述外圈沿所述内圈轴向方向的厚度，且所述第一径向永磁体沿所述内圈轴向方向的厚度为所述内圈沿轴向方向的厚度的1/3至2/3。

优选地，所述内圈具有槽，所述第一径向永磁体固定安装在所述槽内。

优选地，所述槽形成在所述内圈的沿轴向方向的中心位置。

优选地，所述第一径向永磁体为扇环体，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，所述轴向永磁体的外半径小于所述外圈的外半径并大于所述内圈的外半径。

优选地，所述轴向永磁体沿径向方向的宽度为所述外圈沿径向方向的宽度的1.5-2.5倍。

优选地，在所述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的内圆周面的投影为第一弧形，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二径向永磁体，该第二径向永磁体与所述第一径向永磁体相对于所述内圈的中心轴线对称设置，且所述第二径永磁体的磁极方向与所述第一径向永磁体的磁极方向相反。

优选地，所述外圈、所述第一径向永磁体和所述多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提供的永磁悬浮轴承；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外圈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，利用作为永磁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立体结构示意图；

图2为图1中永磁悬浮轴承的分解示意图

图3为图1中永磁悬浮轴承的轴向剖视图；

图4为图1中永磁悬浮轴承内圈轴向剖视图；

图5为图1中永磁悬浮轴承的第一径向永磁体的立体图；

图6为图5中第一径向永磁体的径向截面图；

图7为图3的A-A向视图；

图8为图1中永磁悬浮轴承的磁极分布示意图；和

图9为根据本发明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

6第一端面7第二端面

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

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至图3所示，本发明所提供的永磁悬浮轴承包括：

内圈1；

外圈2，该外圈2为永磁体，所述内圈1套在所述外圈2中，且所述外圈2的内径大于所述内圈1的外径，所述外圈2沿轴向方向的厚度小于所述内圈1沿轴向方向的厚度；

第一径向永磁体3，该第一径向永磁体3固定在所述内圈1上且沿径向方向上与所述外圈2磁力相吸；

多个轴向永磁体4，该多个轴向永磁体4固定在所述内圈1上并分别位于所述外圈2沿轴向方向的两侧，从而使所述外圈2在沿轴向方向上处于力平衡状态。

此处，所述永磁悬浮轴承的外圈2为永磁体，工作时，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，轮毂上的零部件能够随所述外圈2(即转子)一起转动。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，外圈2的内径大于所述内圈1的外径，这样，内圈1套在外圈2中。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与外圈2磁力相吸，因此，在外圈2处于非承载状态时第一径向永磁体3对外圈2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，外圈2在内圈1外面悬浮，外圈2容易沿轴向方向移动，内圈1上固定安装多个轴向永磁体4，并将该多个轴向永磁体4设置在外圈2沿轴向方向的两侧能够使所述外圈2在沿轴向方向上处于力平衡状态，确保外圈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。再如，至少一个轴向永磁体4固定在内圈1的第一端面6上且至少一个轴向永磁体4固定在内圈1的第二端面7上，从而使外圈2在轴向方向上实现受力平衡状态。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。

优选地，分别固定在外圈2的两侧的轴向永磁体4数量相等且形状相同，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对外圈2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对外圈2的磁性力为斥力，从而能够确保外圈2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，外圈2处于平衡状态，因此一旦外圈2偏向内圈1的的某一端，则该端上设置的轴向永磁体4对该外圈2的斥力增大，且另一端上设置的另外的轴向永磁体4对该外圈2的斥力减小，从而在轴向方向上推动外圈2又恢复到平衡状态。

优选地，第一径向永磁体3与外圈2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与外圈2之间沿径向方向的磁性吸引力能够使外圈2与内圈1或第一径向永磁体3接触，如图3所示；且在外圈2处于承载状态下，外圈2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，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。

优选地，第一径向永磁体3沿轴向方向的厚度d3为内圈1沿轴向方向的厚度的1/3至2/3。进一步优选地，第一径向永磁体3的厚度d3为内圈1沿轴向的厚度的1/2。

优选地，第一径向永磁体3沿轴向方向的厚度不小于外圈2沿轴向方向的厚度。进一步优选地，第一径向永磁体3沿内圈1轴向方向的厚度等于外圈2沿内圈1沿轴向方向的厚度。通过使第一径向永磁体3沿内圈1轴向方向的厚度与外圈2沿轴向方向的厚度相等，能够使外圈2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4所示，然后在装配过程中将第一径向永磁体3固定安装到该槽13内即可。

优选地，槽13形成在内圈1上沿轴向方向的中间位置，从而使得第一径向永磁体3位于内圈1中沿轴向方向的中间位置。因而，所述内圈1的中心横截面8将第一径向永磁体3分为相对于该中心横截面对称的两部分。按照该结构，在非承载状态下，位于内圈1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内圈1内的中间位置。因此，利用磁性吸引力，第一径向永磁体3在轴向方向上能够起到对外圈2定位的作用，从而在更大程度上确保外圈2在轴向方向上处于正确的位置。

除通过设置在内圈1的上的槽13将扇环体的第一径向永磁体3固定在内圈1上之外，还可以通过粘结剂将第一径向永磁体3牢固地粘结到内圈1上，只要满足在对外圈2施加磁性吸引力的同时，不影响外圈2的旋转即可。

第一径向永磁体3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，第一径向永磁体3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具有厚度d3，如图5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，这样外圈2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沿径向方向的宽度w3与内圈1沿径向方向的宽度相同，且第一径向永磁体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，外圈2能够被吸到第一径向永磁体3的外圆周面上，如图3和图7所示。

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1、图2、图5和图6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7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对外圈2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6所示的弧AB)所对应的中心角(如图7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。

如上所述，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与内圈1的装配，轴向永磁体4可以设计为两个，其中一个轴向永磁体4可以位于内圈1的第一端面6上，另一个轴向永磁体4可以位于内圈1的第二端面7上。但本发明并不限于此，位于第一端面6上的轴向永磁体4可以为多个，位于第二端面7上的轴向永磁体4也可以为多个，位于第一端面6上的轴向永磁体4的个数与位于第二端面7上的轴向永磁体4的个数可以不同，只要能够实现外圈2在轴向方向上处于力平衡状态即可。

分别位于内圈1的两个端面上的两组轴向永磁体4作用在外圈2上的磁力为斥力(或引力)，该一对斥力(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，从而能够确保外圈2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，只要能够实现对外圈2的轴向稳定即可。

优选地，为了使轴向永磁体4对外圈2施加理想的作用力，如斥力，如图3所示，轴向永磁体4沿径向方向的宽度w4大于内圈1沿径向方向的宽度，从而使轴向永磁体4的外圆周面突出于内圈1的外圆周面，以使轴向永磁体4与外圈2的位置更为接近，以获得理想的磁性斥力。

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，为了便于内圈1的安装，轴向永磁体4的扇环体的内圆周面与内圈1的内圆周面对齐，如图3所示。

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。

而且，优选地，轴向永磁体4与内圈1同轴，且该轴向永磁体4的外半径小于外圈2的外半径并大于内圈1的外半径，因此便于各个部件的装配。而且，一方面在承载状态下，突出于内圈1的外圆周面的轴向永磁体4不会对外圈2和位于该外圈2外部的零件造成干涉。在另一方面，在非承载状态下，能够克服外圈2所受的磁性力将该外圈2取出，以及进行更换作业。在轴向永磁体4的外圆周面与外圈2的内圆周面齐平的情况中，这可以通过使轴向永磁体4的径向方向的宽度w4与外圈2沿径向方向的宽度的差小于外圈2的内径与内圈1的内径的差来实现。

优选地，轴向永磁体4沿径向方向的宽度w4为外圈2沿径向方向的宽度的1.5-2.5倍。进一步优选地，轴向永磁体4沿径向方向的宽度为外圈2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大于外圈2的宽度，既能够实现外圈2在轴向方向上的受力平衡，而且，外圈2两侧的两组轴向永磁体4对外圈2的斥力在径向方向上也会产生合力，且该合力有助于使外圈2承载更大的径向载荷。

优选地，如图7所示，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的内圆周面的投影为第一弧形11，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7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对外圈2的磁性吸力的方向主要沿向量OC方向(在图7中向下)，而轴向永磁体4对外圈2的斥力在轴向方向上的合力可以为零，轴向永磁体4对外圈2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对外圈2的斥力在径向方向上的合力的方向与第一径向永磁体3对外圈2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。

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对外圈2的斥力在径向方向上的合力以及第一径向永磁体3对外圈2的磁性吸力一同来支撑，同时还能够克服外圈2自身的重力，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7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第二径向永磁体(未显示)，该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)，且该第二径向永磁体与第一径向永磁体3相对于内圈1的中心轴线对称设置，该第二径向永磁体与第一径向永磁体3的磁极方向相反。

由于第二径向永磁体与第一径向永磁体3相对于内圈1的中心轴线对称，且该第二径向永磁体与第一径向永磁体3的磁极方向相反，因此第二径向永磁体与外圈2为磁力相斥，因而，该第二径向永磁体对外圈2的磁性斥力的合力方向与第一径向永磁体3对外圈2的磁性吸力的合力方向相同，从而能够允许外圈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与外圈2之间磁性相吸，外圈2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，外圈2、第一径向永磁体3和多个轴向永磁体4的磁极方向均为沿轴向方向，且外圈2的磁极方向与第一径向永磁体3的磁极方向相反。

具体来说，以图3和图8中的方位为例进行描述。在轴向方向上，外圈2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8中各个磁体的N极和S极反转(即将图8中的N极设为S极，将图8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，因此除了外圈2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。

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9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，在固定轴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与永磁悬浮轴承的外圈2之间的磁性吸引力与旋转轴15上承载的载荷F方向相反。这样，在旋转轴15旋转时，以及外圈2自身的重力与第一径向永磁体3对外圈2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9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9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。

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)，该外圈(2)为永磁体，所述内圈(1)套在所述外圈(2)中，且所述外圈(2)的内径大于所述内圈(1)的外径，所述外圈(2)沿轴向方向的厚度小于所述内圈(1)沿轴向方向的厚度；

第一径向永磁体(3)，该第一径向永磁体(3)固定在所述内圈(1)上且沿径向方向上与所述外圈(2)磁力相吸；

多个轴向永磁体(4)，该多个轴向永磁体(4)固定在所述内圈(1)上并分别位于所述外圈(2)沿轴向方向的两侧，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)与所述外圈(2)之间沿径向方向的磁性吸引力使所述外圈(2)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，所述第一径向永磁体(3)沿所述内圈(1)轴向方向的厚度不小于所述外圈(2)沿所述内圈(1)轴向方向的厚度，且所述第一径向永磁体(3)沿所述内圈(1)轴向方向的厚度为所述内圈(1)沿轴向方向的厚度的1/3至2/3。

4.根据权利要求1-3中任意一项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。

5.根据权利要求4所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述槽(13)形成在所述内圈(1)的沿轴向方向的中心位置。

6.根据权利要求4所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述第一径向永磁体(3)为扇环体，该扇环体的中心轴线与所述内圈(1)的中心轴线相同，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。

7.根据权利要求6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，所述轴向永磁体(4)的外半径小于所述外圈(2)的外半径并大于所述内圈(1)的外半径。

8.根据权利要求7所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述轴向永磁体(4)沿径向方向的宽度为所述外圈(2)沿径向方向的宽度的1.5-2.5倍。

9.根据权利要求8所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，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)的内圆周面的投影为第一弧形(11)，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第二径向永磁体，该第二径向永磁体与所述第一径向永磁体(3)相对于所述内圈(1)的中心轴线对称设置，且所述第二径向永磁体与所述第一径向永磁体(3)的磁极方向相反。

12.根据权利要求1-3中的任意一项所述的永磁悬浮轴承，其特征在于，所述外圈(2)、所述第一径向永磁体(3)和所述轴向永磁体(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外圈(2)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。