CN103671522A - 一种径轴向磁悬浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径轴向磁悬浮轴承、它是将一个由三个被轴向充磁的空心永磁圆柱体构成在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永磁组件设置在非导磁材料的轴承外圈上，然后将一个固定在轴承内圈且轴向长度小于所述内向型径向口环形凹槽的圆环形永磁体通过径轴向气隙与所述永磁组件上环形凹槽构成凸凹交叉的非接触侧向结构；所述圆环形永磁体与所述永磁组件之间的磁场力保持在相互排斥的状态；所述空心永磁圆柱体内部磁通与径向紧密接触的环形永磁体内部的磁通极性互为相反。
Description
技术领域：
本发明涉及径轴向磁悬浮轴承，尤其涉及相斥型的径轴向磁悬浮轴承以及可控相斥型径轴向磁悬浮轴承。
背景技术：
最近几年，中国在磁悬浮轴承技术领域的发明创造已经取得巨大成就，无论是采用一个电磁线圈取代多个向心型设置的电磁单元及复杂控制系统的主动吸引型磁悬浮轴承，还是采用一套磁环就足以解决任意方向径向挠动力的水磁吸引型磁悬浮轴承，都以极其简单的结构和高可靠性能让人拍案叫绝，使原本落后国外技术20年的状况变为超越国外技术的现实，她为中国航天、航海、国防等重要技术领域的独立发展提供了强力支撑。至于全永磁相斥型磁悬浮轴承，本应当属于比超导磁悬浮轴承更加节能的磁浮轴承，但由于本领域技术人员大多接受肖定律，认为它不能实现而减少了这方面的研究，从已经公开的专利文献分析：轴向充磁的全永磁相斥型径向磁悬浮轴承的轴向定位和轴向充磁的全永磁相斥型轴向磁悬浮轴承的径向定位问题均没有得到有效解决；虽然，有一些包含辐向环在内的全永磁相斥型径轴向磁悬浮轴承的案例，但已证明受到国内辐向环加工、充磁技术的限制进展困难。如何避开这些不利因素，在全永磁相斥型径轴向磁悬浮轴承领域建立起属于中国的科技领土，成为本发明的方向。
发明内容：
本发明就是要提供同时具备径轴向磁悬浮稳定力且不受国内辐向环制造技术影响就可以实现的全永磁相斥型磁悬浮轴承以及可控型混合磁悬浮轴承。下面是具体思路与技术方案：
1、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个被轴向充磁的空心永磁圆柱体和两个被轴向充磁的环形永磁体紧密地套装在一起后，构成在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永磁组件设置在轴承的非导磁外圈内壁上，然后将一个固定在轴承内圈或转子轴杆上且外径小于所述空心永磁圆柱体内径的圆环形永磁体通过径轴向气隙与所述永磁组件上环形凹槽构成凸凹交叉的非接触侧向结构；所述圆环形永磁体与所述永磁组件之间的磁场力相互排斥；所述空心永磁圆柱体内部磁通与径向紧密接触的环形永磁体内部的磁通极性互为相反；所述轴承内圈上的永磁体轴向长度小于所述永磁组件上的环形槽轴向长度。
在本发明当中，所述永磁组件的两个端部还设有覆盖内外两个相等永磁体端面积的环形导磁板片；所述环形导磁板片的向外一面也可以被非导磁的“法兰式”端盖所覆盖；所述“法兰式”端盖的轴向延伸壁指向径轴向磁悬浮轴承的内部方向。
在本发明当中，所述的永磁组件被一个由轴向长度较大的空心永磁圆柱体和一个轴向长度较小的一个环形永磁体径向套装后构成在内部带有一个阶台的空心永磁组件所替代；这样的单边型径轴向磁悬浮轴承在实际应用当中，通常都是以两个分别对置安装的转子轴杆两边的方式来使用的。
2、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将两个由一个轴向长度较大且被轴向充磁的空心永磁圆柱体和一个轴向长度较小且被轴向充磁的环形永磁体按照内部磁通互为相反的原则紧密套装在一起后，设置在非导磁材料制作且带有内向型轴向口环形凹槽的轴承端盖当中构成在内部带有一个阶台的沉孔型永磁组件轴向対置并固定到轴承的外圈内壁上，从而形成在中间部位上具有内向型径向口环形凹槽的永磁复合组件；所述永磁复合组件当中轴向紧密接触的永磁体之间保持内部的磁通方向一致；所述永磁复合组件中间部位上的内向型径向口环形凹槽通过径轴向气隙与径向侧的一个被轴向充磁且固定在轴承内圈或轴杆上的空心圆柱形永磁体构成凸凹交叉的非接触侧向结构并保持轴承内圈上的空心圆柱形永磁体与永磁复合组件上的永磁体之间的磁场力相互排斥；所述轴承端盖的环形凹槽底部也可以设置圆环形的导磁板片。
在本发明当中，所述永磁复合组件中的其中一个永磁组件被一个外形与所述永磁组件一致电磁线圈所代替；所述电磁线圈保持了外磁场与轴承内圈永磁体磁场之间的相互排斥挤压特性；所述电磁线圈的内外骨架至少在与轴承内圈永磁体径轴向相对的部分采用非导磁材料。
综上所述，在本发明的径轴向磁悬浮轴承当中，所述永磁组件为内部带有一个阶台的沉孔型空心永磁体；所述沉孔型空心永磁体当中的N S磁极的极面相互垂直，使内部磁通线路形成直角；沉孔型空心永磁体对装在轴承的外圈内部并使轴向紧密接触的永磁体内部磁通方向相互一致；所述两个沉孔型空心永磁体对装后所形成中间部位上的内向型径向口环形凹槽通过径轴向气隙与径向侧轴承内圈上被轴向充磁的永磁体构成凸凹交叉的非接触侧向结构和保证轴承内外圈上的永磁体相互排斥。
3、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将固定在轴承内圈或轴杆上的一个在中间位置上带有外向型径向环形凸起部的环形永磁体通过所述环形凸起部上下方的径轴向气隙与两个设置在轴承外圈上且被轴向充磁的环形永磁体形成部分的径向交叉配合；所述的两个环形永磁体分别设置在非磁性材料制作且在中间位置上带有内向型环形凸起部的上下侧部位上；所述轴承外圈上的径向环形凸起部的轴向长度大于所述轴承内圈永磁体环形凸起部的轴向长度；所述轴承内外圈上的永磁体之间保持在磁场力相互挤压排斥的状态；所述轴承内圈上的环形永磁体的上下端同属一个磁极，中间部位上的环形凸起部最大外径侧为另一个磁极。
4、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个被内外单极型辐射取向充磁的环形永磁体固定在轴承的内圈或轴杆上，然后将一个在内部带有一个阶台的沉孔型圆柱形电磁线圈和一个在内部带有一个阶台的沉孔型空心圆柱永磁体轴向相对地设置在一个在中间位置上带有内向型径向环形凸起部的轴承外圈的径向环形凸起部上下侧，构成一个在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永、电磁混合组件；所述空心圆柱永磁体的NS磁极极面相互垂直；所述永、电磁混合组件通过中间位置上的径向口环形凹槽与轴承内圈上的环形永磁体构成凸凹交叉的径轴向气隙配合；所述圆柱形电磁线圈和空心圆柱永磁体的磁场力均与轴承内圈上的环形永磁体的磁场力形成相互排斥的状态；所述圆柱形电磁线圈的内外骨架至少在与轴承内圈永磁体径轴向相对的部分采用非导磁材料。
综合上述，在本发明的径轴向磁悬浮轴承当中，所述轴承的内外圈磁体形成凸凹交叉时，还可以将内外圈磁体的轴向相对面设置成不大于非套装组件轴向磁极永磁体的1/2端面积。
具体实施方式：
下面用具体的实施方式对本发明作进一步的详细描述：
1、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个被轴向充磁的空心永磁圆柱体和两个被轴向充磁的环形永磁体紧密地套装在一起后，构成在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永磁组件设置在轴承的非导磁外圈内壁上，然后将一个固定在轴承内圈且外径小于所述空心永磁圆柱体内径的圆环形永磁体通过径轴向气隙与所述永磁组件上环形凹槽构成凸凹交叉的非接触侧向结构；所述圆环形永磁体与所述永磁组件之间在磁场力相互排斥；所述空心永磁圆柱体内部磁通与径向紧密接触的环形永磁体内部的磁通极性互为相反；所述轴承内圈上的永磁体轴向长度小于所述永磁组件上的环形槽轴向长度。
2、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将两个由一个轴向长度较大且被轴向充磁的空心永磁圆柱体和一个轴向长度较小且被轴向充磁的环形永磁体按照内部磁通互为相反的原则紧密套装在一起后，设置在非导磁材料制作且带有内向型轴向口环形凹槽的轴承端盖当中，构成在内部带有一个阶台的沉孔型永磁组件轴向対置并固定到轴承的外圈内壁上，从而形成在中间部位上具有内向型径向口环形凹槽的永磁复合组件；所述永磁复合组件当中轴向紧密接触的永磁体之间保持内部的磁通方向一致；所述永磁复合组件中间部位上的内向型径向口环形凹槽通过径轴向气隙与径向侧的一个被轴向充磁且固定在轴承内圈上的空心圆柱形永磁体构成凸凹交叉的非接触侧向结构并保持轴承内圈上的空心圆柱形永磁体与永磁复合组件上的永磁体之间的磁场力相互排斥；所述轴承端盖的环形凹槽底部也可以设置圆环形的导磁板片。
3、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将固定在轴承内圈上的一个在中间位置上带有外向型径向环形凸起部的环形永磁体通过所述环形凸起部上下方的径轴向气隙与两个设置在轴承外圈上且被轴向充磁的环形永磁体形成部分的径向交叉配合；所述的两个环形永磁体分别设置在非磁性材料制作且在中间位置上带有内向型环形凸起部的上下侧部位上；所述轴承外圈上的径向环形凸起部的轴向长度大于所述轴承内圈永磁体环形凸起部的轴向长度；所述轴承内外圈上的永磁体之间保持在磁场力相互挤压排斥的状态；所述轴承内圈上的环形永磁体的上下端同属一个磁极，中间部位上的环形凸起部最大外径侧为另一个磁极。
4、一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个被内外单极型辐射取向充磁的环形永磁体固定在轴承的内圈或轴杆上，然后将一个在内部带有一个阶台的沉孔型圆柱形电磁线圈和一个在内部带有一个阶台的沉孔型空心圆柱永磁体轴向相对地设置在一个在中间位置上带有内向型径向环形凸起部的轴承外圈的径向环形凸起部上下侧，构成一个在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永、电磁混合组件；所述空心圆柱永磁体的NS磁极极面相互垂直；所述永、电磁混合组件通过中间位置上的径向口环形凹槽与轴承内圈上的环形永磁体构成凸凹交叉的径轴向气隙配合；所述圆柱形电磁线圈和空心圆柱永磁体的磁场力均与轴承内圈上的环形永磁体的磁场力形成相互排斥的状态；所述圆柱形电磁线圈的内外骨架至少在与轴承内圈永磁体径轴向相对的部分采用非导磁材料。
本文件所提供的实施例并不代表本发明的全部实施方式，本领域技术人员根据公知常识和惯用技术手段还应该等同地代换出更多的实施方式，所以，在本发明的整体技术方案当中，一些涉及引用现有模式和公知常识轻易实现的技术细节多不赘述；任何人在接受本发明所公开内容的提示后，无需创造性劳动便可以获得的变型实施方式，都将视为本发明已公开和受保护的范围。
Claims (9)
1.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个被轴向充磁的空心永磁圆柱体和两个被轴向充磁的环形永磁体紧密地套装在一起后，构成在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永磁组件设置在轴承的非导磁外圈内壁上，然后将一个固定在轴承内圈或转子轴杆上且外径小于所述空心永磁圆柱体内径的圆环形永磁体通过径轴向气隙与所述永磁组件上环形凹槽构成凸凹交叉的非接触侧向结构；所述圆环形永磁体与所述永磁组件之间的磁场力相互排斥；所述空心永磁圆柱体内部磁通与径向紧密接触的环形永磁体内部的磁通极性互为相反；所述轴承内圈上的永磁体轴向长度小于所述永磁组件上的环形槽轴向长度。
2.按照权利要求1所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征是：所述永磁组件的两个端部还设有覆盖内外两个相等永磁体端面积的环形导磁板片；所述环形导磁板片的向外一面也可以被非导磁的“法兰式”端盖所覆盖；所述“法兰式”端盖的轴向延伸壁指向径轴向磁悬浮轴承的内部方向。
3.按照权利要求1所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征是：所述的永磁组件被一个由轴向长度较大的空心永磁圆柱体和一个轴向长度较小的一个环形永磁体径向套装后构成在内部带有一个阶台的空心永磁组件所替代；这样的单边型径轴向磁悬浮轴承在实际应用当中，通常都是以两个分别对置安装的转子轴杆两边的方式来使用的。
4.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将两个由一个轴向长度较大且被轴向充磁的空心永磁圆柱体和一个轴向长度较小且被轴向充磁的环形永磁体按照内部磁通互为相反的原则紧密套装在一起后，设置在非导磁材料制作且带有内向型轴向口环形凹槽的轴承端盖当中构成在内部带有一个阶台的沉孔型永磁组件轴向対置并固定到轴承的外圈内壁上，从而形成在中间部位上具有内向型径向口环形凹槽的永磁复合组件；所述永磁复合组件当中轴向紧密接触的永磁体之间保持内部的磁通方向一致；所述永磁复合组件中间部位上的内向型径向口环形凹槽通过径轴向气隙与径向侧的一个被轴向充磁且固定在轴承内圈或轴杆上的空心圆柱形永磁体构成凸凹交叉的非接触侧向结构并保持轴承内圈上的空心圆柱形永磁体与永磁复合组件上的永磁体之间的磁场力相互排斥；所述轴承端盖的环形凹槽底部也可以设置圆环形的导磁板片。
5.按照权利要求4所述的径轴向磁悬浮轴承，其特征是：所述永磁复合组件中的其中一个永磁组件被一个外形与所述永磁组件一致电磁线圈所代替；所述电磁线圈保持了外磁场与轴承内圈永磁体磁场之间的相互排斥挤压特性；所述电磁线圈的内外骨架至少在与轴承内圈永磁体径轴向相对的部分采用非导磁材料。
6.按照权利要求3和4所述的任一径轴向磁悬浮轴承，其特征是：所述永磁组件为内部带有一个阶台的沉孔型空心永磁体；所述沉孔型空心永磁体当中的N S磁极的极面相互垂直；沉孔型空心永磁体对装在轴承的外圈内部并使轴向紧密接触的永磁体内部磁通方向相互一致；所述两个沉孔型空心永磁体对装后所形成中间部位上的内向型径向口环形凹槽通过径轴向气隙与径向侧轴承内圈上被轴向充磁的永磁体构成凸凹交叉的非接触侧向结构和保证轴承内外圈上的永磁体相互排斥。
7.一种径轴向磁悬浮轴承，其特征是：它是将固定在轴承内圈或轴杆上的一个在中间位置上带有外向型径向环形凸起部的环形永磁体通过所述环形凸起部上下方的径轴向气隙与两个设置在轴承外圈上且被轴向充磁的环形永磁体形成部分的径向交叉配合；所述的两个环形永磁体分别设置在非磁性材料制作且在中间位置上带有内向型环形凸起部的上下侧部位上；所述轴承外圈上的径向环形凸起部的轴向长度大于所述轴承内圈永磁体环形凸起部的轴向长度；所述轴承内外圈上的永磁体之间保持在磁场力相互挤压排斥的状态；所述轴承内圈上的环形永磁体的上下端同属一个磁极，中间部位上的环形凸起部最大外径侧为另一个磁极。
8.一种径轴向磁悬浮轴承，它是将一个被内外单极型辐射取向充磁的环形永磁体固定在轴承的内圈或轴杆上，然后将一个在内部带有一个阶台的沉孔型圆柱形电磁线圈和一个在内部带有一个阶台的沉孔型空心圆柱永磁体轴向相对地设置在一个在中间位置上带有内向型径向环形凸起部的轴承外圈的径向环形凸起部上下侧，构成一个在中间位置上带有内向型径向口环形凹槽的永、电磁混合组件；所述空心圆柱永磁体的NS磁极极面相互垂直；所述永、电磁混合组件通过中间位置上的径向口环形凹槽与轴承内圈上的环形永磁体构成凸凹交叉的径轴向气隙配合；所述圆柱形电磁线圈和空心圆柱永磁体的磁场力均与轴承内圈上的环形永磁体的磁场力形成相互排斥的状态；所述圆柱形电磁线圈的内外骨架至少在与轴承内圈永磁体径轴向相对的部分采用非导磁材料。
9.按照权利要求1-8所述的任一径轴向磁悬浮轴承，还在于：所述轴承的内外圈磁体形成凸凹交叉时，还可以将内外圈磁体的轴向相对面设置成不大于非套装组件轴向磁极永磁体的1/2端面积。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20180515 Termination date: 20180912 |