CN102678745A - 永磁轴承 - Google Patents

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Abstract

一种新型的永磁机械混合型磁力轴承，将永磁悬浮技术与传统的推力球轴承制作技术结合起来，利用套装在一起的大、小两个永磁圈相邻径向磁面极性相同相互排斥的特性，使永磁圈之间出现悬浮空间，能在空气中运转；在永磁圈的左右挡板上安装推力球，既保证了永磁圈的径向定位又保障了永磁圈的轴向稳定。永磁轴承体积小，重量轻，安装简单，维护方便，稳定性好，耗能低，摩擦阻力小，无噪音，载荷旋转效率高，广泛应用于任何空间和各个领域。

Description

永磁轴承
所属技术领域
本发明涉及一种在外力作用下载荷旋转的轴承装置，尤其是在外力作用下能够磁悬浮载荷旋转的永磁轴承。
背景技术
在现有的各类标准轴承中，以滚珠轴承滚动摩擦阻力最小，噪音最小，发热最少，运行耗能最低，但也不能与磁悬浮轴承相比。
众所周知，磁铁具有同性相排斥，异性相吸附的特性，而且吸附力的强弱与排斥力相等。因此，人类几千年以来，就一直在开发和利用磁铁的特性为人类服务。近二、三十年来，人们逐渐认识使用了磁悬浮技术，并研究将磁铁的特性运用于轴承领域，研制了磁悬浮轴承。
磁悬浮轴承按照磁场的不同方式，分为电磁磁力轴承、永磁磁力轴承和电磁永磁混合型磁力轴承三种轴承类型。电磁磁力轴承利用铜绕组线圈，通电后产生的电磁场力，使轴承定子与转子相对悬浮转动，无噪音，无金属摩擦阻力，载荷大，旋转效率高，但其结构复杂，需建立电控系统，检测系统及其辅助设施，造价昂贵，使用成本高，难以普及。永磁磁力轴承及电磁永磁混合型轴承，比电磁磁力轴承结构简单，成本低，耗能低，但比传统的滚珠轴承复杂得多，体积大得多，难以使用在一些设备和机器上，局限性比较大。所以，开发低耗高效，成本更低，便于使用和维护，使用周期长的永磁磁力轴承仍然是科技面临的艰巨课题。
发明内容
本发明的永磁轴承是磁悬浮轴承中最简便的一种，是一种新型的永磁机械混合型磁力轴承。发明的目的，是为市场提供一种设计结构简单，与传统标准轴承一样，体积小，重量轻，安装简单，维护方便，稳定性好，但比传统标准轴承耗能低，摩擦阻力小，无噪音，载荷旋转效率高，广泛应用于任何空间和各个领域的磁悬浮轴承产品。
本发明的永磁轴承解决其技术问题所采取的技术方案是：将永磁悬浮技术与传统的推力球轴承制作技术结合起来，利用永磁体所特有的N、S两磁极同性相斥异性相吸的特性，在轴承外壳中，将大、小两个永磁圈套装在一起，套装在一起的永磁圈相邻径向磁面极性相同，两个永磁圈之间单边留有2mm--4mm的悬浮间隙，在外力作用下能够径向悬浮载荷旋转。套装在一起的大永磁圈固定在轴承外壳上，套装在一起的小永磁圈固定在轴套上。为保障永磁圈的轴向稳定，可以采取内装式技术，也可以采取外装式技术。推力球轴承装配在轴承外壳内的为内装式，推力球轴承装配在轴承外壳外的为外装式。内装式技术是：在轴承外壳中，在永磁圈两侧，分别安装传统的推力球轴承(或外球面球式推力球轴承)。推力球轴承可以固定在轴套上，也可以固定在轴承外壳上。固定在轴套上时，推力球轴承的外圆等于或小于小永磁圈的外圆；固定在轴承外壳上时，推力球轴承的内圆与轴套的单边间隙，应大于两个永磁圈之间的单边悬浮间隙。推力球轴承的推力球与小永磁圈接触，接触面留有0.2mm-0.3mm的间隙。套装好的永磁轴承，轴套外圆与轴承外壳内圆的单边间隙，应大于两个永磁圈之间的单边悬浮间隙。两端安装密封圈以防尘，密封圈与轴承外壳两侧为不接触式密封。外装式技术是：外球面球式推力球轴承安装在轴套上，外球面球与轴承外壳接触，接触面留有0.2mm-0.3mm的间隙。
套装在一起的大、小两个永磁圈之间单边留有2mm--4mm的悬浮间隙，在外力作用下能够径向悬浮载荷旋转。在规定的载荷内，永磁轴承的转子能够自动找中，在外力作用下高速旋转。在超载情况下，永磁轴承的转子偏移，大、小两个永磁圈之间的单边悬浮间隙一大一小，小的单边悬浮间隙保持在大于0.2mm时，永磁轴承的转子亦能够在外力作用下高速旋转。
由于套装在一起的大、小两个永磁圈相邻径向磁面极性必须相同，才能保证悬浮，所以对永磁圈的充磁最好是辐射充磁，小永磁圈由外向内充磁，大永磁圈由内向外充磁。小永磁圈的外圆面与大永磁圈的内圆面磁极性完全相同。
由于永磁轴承需要具有较高的载荷能力，铁氧体、锶铁氧体、塑磁等磁性材料都不理想，所以选用钕铁硼强磁材料制作磁圈。永磁轴承的载荷，可以通过永磁圈磁能积大小和两个永磁圈相邻径向面积计算。磁能积越大，同极性的大、小永磁圈之间形成的磁场排斥力越大，轴承的载荷越大；永磁圈越厚，大、小两个永磁圈相邻径向面积越大，形成的磁场排斥力也越大，轴承的载荷也越大；大、小两个永磁圈之间的单边悬浮间隙越小，形成的磁场排斥力越大，轴承的载荷也越大。
永磁圈最好是圆圈，材料不能满足时，也可以采用小块磁瓦或磁片，用拼装的方法实现。
永磁轴承的轴承外壳、轴套、推力球轴承、密封圈都选用非磁性材料镍不锈钢、铜、镁铝合金等金属材料，还可以选用塑料、尼龙、电木、橡胶、玻璃钢等非金属材料。
永磁轴承为便于选择使用，有标准的标注方法，即用C代表永磁轴承，第一组数字代表轴承外径，第二组数字代表轴承内径，×kg代表轴承载荷。标注为CΦ×·Φ×/×kg
附图说明
图1是内装式永磁轴承轴向结构示意图。
图2是永磁轴承径向结构示意图。
图3是外装式永磁轴承轴向结构示意图。
图4是大永磁圈充磁要求和磁极示意图。
图5是小永磁圈充磁要求和磁极示意图。
图中：1、大永磁圈  2、小永磁圈  3、大永磁圈外圆面磁极  4、大永磁圈内圆面磁极5、小永磁圈外圆面磁极   6、小永磁圈内圆面磁极    7、轴套    8、轴套外圆与轴承外壳内圆的单边间隙        9、单边悬浮间隙      10、轴承外壳       11、推力球轴承12、推力球     13、推力球与轴承外壳的接触间隙     14、密封圈     15、外壳活块16、外装式永磁承轴活块    17、外装式永磁承轴的推力球轴承   18、外装式永磁轴承的推力球     19、推力球与轴承活块的接触间隙     20、大永磁圈由内向外充磁方向21、小永磁圈由外向内充磁方向
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
实施例一：图1是内装式永磁轴承轴向结构示意图。在轴承外壳10中套装入大永磁圈1和小永磁圈2，保证大永磁圈内圆面磁极4与小永磁圈外圆面磁极5相邻径向磁面极性相同，使大永磁圈1与小永磁圈2之间单边有足够的悬浮间隙9，大永磁圈1固定在轴承外壳10上，小永磁圈2固定在轴套7上，左右推力球轴承11固定在轴套7和小永磁圈2的两侧，保障大、小永磁圈磁场的轴向稳定；为减少摩擦，推力球轴承11的推力球12与轴承外壳10之间的接触间隙13有0.2mm-0.3mm，能自由旋转。套装好的永磁轴承，轴套7外圆与轴承外壳10内圆的单边间隙8，应大于两个永磁圈之间的单边悬浮间隙9。为保证永磁轴承内的清洁，在轴套7的两端安装密封圈14，密封圈14与轴承外壳10两侧为不接触式密封。
用钕铁硼磁性材料制作大、小永磁圈，要求大永磁圈1径向辐射充磁方向为从内向外20，小永磁圈径向辐射充磁方向为从外向内21，使两个磁圈的相邻径向磁面磁能积大，大、小两个永磁圈之间形成悬浮间隙9，磁场排斥力大，轴承的载荷大。用非磁性材料，主要是镍不锈钢材料制作轴套7、轴承外壳10、左右推力球轴承11、左右密封圈14、活块15。
为安装方便，轴承外壳10的一面是外壳活块15，将大永磁圈1装入轴承外壳10中，再将组装在轴套7上的小永磁圈2和左右推力球轴承11套装进已装好大永磁圈1的轴承外壳10中，最后将外壳活块15盖上，拧紧在轴承外壳10。轴承外壳10内径与轴套7外径的单边间隙应大于大永磁圈1与小永磁圈2之间的悬浮间隙9。推力球轴承11的外圆等于或小于小永磁圈2的外圆。
装配完的永磁轴承，完全能实现在外力作用下悬浮载荷高速运转的目的。
实施例二：图3是外装式永磁轴承轴向结构示意图。外装式永磁承轴的推力球轴承17、装配在轴承外壳10上，外装式永磁轴承的推力球18为外球面球式，外球面向外凸出，推力球与轴承活块的接触间隙19为0.2mm-0.3mm。将装配好的大永磁圈1与装配好的小永磁圈2套装在一起，最后将外装式永磁承轴活块16盖上拧紧在轴套7上。
我们用永磁轴承与外径21mm的标准滚珠轴承进行使用比较，分别制作两个相同的模型，同时载荷2.5KG直径150mm的飞轮，用500mm长的线拉动，标准轴承最高转速330转/分钟，旋转11秒；永磁轴承最高转速1200转/分钟，旋转4200秒。永磁轴承的使用效果显著。

Claims (6)

1.一种新型的永磁轴承，即一种永磁机械混合型磁力轴承，在轴承外壳中，套装一大一小两个永磁圈，在永磁圈的左右挡板上安装推力球，其特征是：将永磁悬浮技术与传统的推力球轴承制作技术结合起来，利用永磁体所特有的N、S两磁极同性相斥异性相吸的特性，在轴承外壳中，将大、小两个永磁圈套装在一起，套装在一起的永磁圈相邻径向磁面极性相同，在外力作用下能够径向悬浮载荷旋转；在永磁圈的左右挡板上安装推力球，既保证了永磁圈的径向定位又保障了永磁圈的轴向稳定。
2.根据权利要求1所述的永磁轴承，其特征是套装在一起的大、小两个永磁圈之间单边留有2mm--4mm的悬浮间隙，在外力作用下能够径向悬浮载荷旋转。在规定的载荷内，永磁轴承的转子能够自动找中，在外力作用下高速旋转。在超载情况下，永磁轴承的转子偏移，大、小两个永磁圈之间的单边悬浮间隙一大一小，小的单边悬浮间隙保持在大于0.2mm时，永磁轴承的转子亦能够在外力作用下高速旋转。
3.根据权利要求1所述的永磁轴承，其特征是套装在一起的大、小两个永磁圈相邻径向磁面极性相同，相互排斥，小永磁圈悬浮在大永磁圈的中间，使小永磁圈外圆任何一边都不可能靠拢大永磁圈。
4.根据权利要求1所述的永磁轴承，其特征是转子具有一定的载荷，要求大永磁圈从内向外径向辐射充磁，小永磁圈从外向内径向辐射充磁，使两个磁圈的相邻径向磁面磁能积大，大、小两个永磁圈之间形成的磁场排斥力大、载荷大。
5.根据权利要求书1所述的永磁轴承，其特征是在永磁圈的左右挡板上安装推力球，既保证了永磁圈的径向定位又保障了永磁圈的轴向稳定。在永磁圈的左右挡板上安装推力球，可以采取内装式技术，也可以采取外装式技术。推力球轴承装配在轴承外壳内的为内装式，推力球轴承装配在轴承外壳外的为外装式。内装式技术是：在轴承外壳中，在永磁圈两侧，分别安装传统的推力球轴承(或外球面球式推力球轴承)。推力球轴承可以固定在轴套上，也可以固定在轴承外壳上。固定在轴套上时，推力球轴承的外圆等于或小于小永磁圈的外圆；固定在轴承外壳上时，推力球轴承的内圆与轴套的单边间隙，应大于两个永磁圈之间的单边悬浮间隙。推力球轴承的推力球与小永磁圈接触，接触面留有0.2mm-0.3mm的间隙。套装好的永磁轴承，轴套外圆与轴承外壳内圆的单边间隙，应大于两个永磁圈之间的单边悬浮间隙。外装式技术是：外球面球式推力球轴承安装在轴套上，外球面球与轴承外壳接触，接触面留有0.2mm-0.3mm的间隙。
6.根据权利要求书1所述的永磁轴承，其特征是外壳、轴套、挡板和推力球轴承全都选用非磁性材料。
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