CN104632889B - 有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，包括设置在作为竖直轴上的支撑轴承，和设置在竖直轴上的永磁悬浮轴承，所述永磁悬浮轴承包括设置在定子上的定子拉推磁体和对应通过软磁材料基体设置在转子上、与所述定子拉推磁体具有轴向间隙并形成拉推磁路的转子拉推磁体，所述定子拉推磁体和转子拉推磁体分别由两个或两个以上在径向紧密贴合设置且磁极沿径向交替分布的环形永磁体构成，且上、下对应相同径向位置的环形永磁体的磁性大小相同、极性相反；所述定子拉推磁体和转子拉推磁体靠近竖直轴的环形永磁体的靠近竖直轴的环形表面与竖直轴表面具有径向间距。本发明磁钢小，好生产，好安装，径向回复力高，同时吸力大，摩擦力减少98％。

Description

有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承

技术领域：

本发明涉及轴承，特别涉及有支点的轴向永磁悬浮轴承。

背景技术：

本申请第一发明人2001年申请的发明专利01136634.6“磁悬浮轴承”涉及到采用永磁体构成拉推磁路组成无支点磁悬浮轴承，2007年申请的发明专利200710099004.X“斥推磁体组件、全永磁全悬浮轴承及组合风力光伏发电系统”也采用了永磁体构成拉推磁路组成无支点磁悬浮轴承。但是全永磁全悬浮使用的拉推磁路组合结构复杂，实现悬浮很难调试。不像拉推磁路在磁传动中那么好用。而现有技术通常采用部分永磁悬浮的轴承由于磁悬浮所占支撑轴的比重不大，因此对于5万转/分以内的众多机械转动系统，其轴承的体积和重量都较大。

现有技术带永磁悬浮的轴向轴承，典型的如图1所示：在定子1’和竖直轴(或称垂直轴)转子2’上分别对应设置有两个异极磁环3’，用于对竖直轴产生向上的悬浮力，该磁悬浮轴承与竖直轴下端的轴承一起形成轴承系统支持垂直轴。这种方式设置的磁环具有如下的问题：1、该磁悬浮轴承因是半开的磁路，有非工作气隙空气回路，比软磁回路磁阻大上千倍，因而悬浮力有限；2、采用该磁悬浮的磁钢件太大，难生产，难装配；3、径向回复力小，因此难以抵抗径向的扰动；4、单位面积上吸力小，因此承载载荷小。

发明内容：

本发明解决现有非全磁悬浮轴向轴承磁阻大、磁钢大因而难生产装配、径向回复力小、吸力小的技术问题，提供一种磁阻小、磁钢小因而生产装配容易、径向回复力大，吸力大的带支点的轴向永磁悬浮轴承。

本发明的技术方案是这样的：有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，包括设置在作为转子的竖直轴上作为支撑支点的支撑轴承，和设置在竖直轴上与支撑轴承间隔轴向距离的永磁悬浮轴承，所述永磁悬浮轴承包括设置在定子上的定子拉推磁体和对应通过软磁材料基体设置在转子上、与所述定子拉推磁体具有轴向间隙并形成拉推磁路的转子拉推磁体，所述定子拉推磁体和转子拉推磁体分别由两个或两个以上在径向紧密贴合设置且磁极沿径向交替分布的环形永磁体构成，且上、下对应相同径向位置的环形永磁体的磁性大小相同、极性相反，所述轴向间隙在两拉推磁体磁力的有效作用范围内，所述定子拉推磁体位于转子拉推磁体之上；所述定子拉推磁体和转子拉推磁体靠近竖直轴的环形永磁体的靠近竖直轴的环形表面与竖直轴表面具有径向间距。

所述径向间距为所述轴向间隙的2倍到5倍。

所述径向间距为所述轴向间隙的2.5-3.5倍。

设置在竖直轴上的所述支撑轴承位于所述永磁悬浮轴承上方。

设置在竖直轴上的所述支撑轴承位于所述永磁悬浮轴承的下方。

各环形永磁体径向宽度相同。

所述定子为软磁材料制成，所述定子靠近竖直轴的径向距离略短于所述定子拉推磁体靠近所述竖直轴的环形永磁体内环到竖直轴的距离。

所述软磁材料基体为环形结构，其固定环形永磁体部分的径向长度与构成所述转子拉推磁体的环形永磁体径向总长度略长。

技术效果：

本发明将现有带磁悬浮的轴向轴承的磁悬浮结构进行改进，即将两个异极磁环替换为两个固定在软磁材料基体上的拉推磁体——定子拉推磁体和转子拉推磁体，所述定子拉推磁体和转子拉推磁体分别由两个或两个以上在径向紧密贴合设置且磁极沿径向交替分布的环形永磁体构成，这样的磁体结构，就只有工作磁隙，无非工作磁隙，加上两个拉推磁体内磁环与竖直轴表面具有径向间距，磁体形成的磁路通过自回路短路，从而使磁路磁阻大为减少，效率大为提高。由于磁阻大为减少，相同承重下，本发明每件磁钢小，好生产，好安装。加上拉推磁路径向稳定性高，使本发明的磁悬浮轴承的径向回复力增加至少4倍。同时吸力大，磁钢重1.2公斤(1.8H)就可悬浮重量284公斤，将轴承载荷减少98％，摩擦力减少98％。

附图说明：

图1是现有带永磁磁悬浮的轴向轴承结构示意图。

图2是本发明结构示意图。

1’和1：定子，2’和2；竖直轴转子，3’：异极磁环，3：永磁悬浮轴承，31：定子拉推磁体；32：转子拉推磁体，322：基体，4：支撑轴承。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图2是本发明结构示意图。图2与图1相比，简单地看，就是将图1的异极磁环3’更换成了本发明的永磁悬浮轴承3，即位于竖直轴2上部固定在定子上的定子拉推磁体31和位于定子拉推磁体31下方、与定子拉推磁体31具有轴向间隙并形成拉推磁路的转子拉推磁体32，转子拉推磁体通过软磁材料基体322基体固定，而软磁材料基体322则固定在竖直轴2上。定子拉推磁体31和转子拉推磁体32分别由两个或两个以上在径向紧密贴合设置且磁极沿径向交替分布的环形永磁体构成，优选径向排布的各环形永磁体径向宽度相同，且上、下对应相同径向位置的环形永磁体的磁性大小相同、极性相反，所述轴向间隙在两拉推磁体磁力的有效作用范围内，图2表达的本实施例每个拉推磁体具有四个磁极交替分布的环形永磁体，极性径向从轴心往外分别是转子拉推磁体32为N、S、N、S，定子拉推磁体31为S、N、S、N，当然也可以为两个或三个或六个环形永磁体；转子拉推磁体32固定于其软磁材料基体322上，固定定子拉推磁体31的定子1为软磁材料制成，软磁材料的定子和软磁材料基体322均设置于环形永磁体的背面，即轴向异极相对的环形永磁体的两个相对的表面的反面，且每个环形永磁体的背面均固定在所述软磁材料上，软磁材料的定子和软磁材料基体322均为环形结构，其固定环形永磁体部分的径向长度与分别构成定子拉推磁体31和转子拉推磁体32的环形永磁体径向总长度略长，对于定子拉推磁体31，则所述定子1靠近竖直轴2的径向距离略短于所述定子拉推磁体31靠近所述竖直轴2的环形永磁体内环到竖直轴的距离。转子拉推磁体32的基体322则与竖直轴2固定为一体。本实施例在作为转子的竖直轴2上作为支点支撑的支撑轴承4位于永磁悬浮轴承3的下方位置，也位于竖直轴2的下部，竖直轴2可以作为风力发动机的传动轴，比如风轮位于竖直轴2支撑轴承4和磁悬浮轴承3的上部，带动设置在竖直轴2其他部位的对外工作转动机构旋转输出动能，当然动力输入机构也可位于支撑轴承4和磁悬浮轴承3的下部，动力输出机构位于它们的上部，甚至根据实际应用的需要，动力输入和输出机构都可以位于两种轴承之间。支撑轴承4也可设置在磁悬浮轴承3的上方位置。

与图1的现有技术相比，两个异极磁环替换为两个拉推磁体——固定在定子上的定子拉推磁体31和固定在软磁材料基体322上的转子拉推磁体32，这样的磁体结构只有工作磁隙，无非工作磁隙(图1的现有技术具有大量的非工作磁隙)，加上定子拉推磁体31和转子拉推磁体32靠近竖直轴2的环形永磁体的靠近竖直轴2的环形表面与竖直轴2表面具有径向间距，则磁路通过自回路短路(第一申请人专利200710099004中也有设置在竖直轴上的径向拉推磁体，但由于其在轴上直接设置有磁环，磁路无法通过自回路短路，因而阻力大)，从而使磁路磁阻大为减少，效率大为提高。由于磁阻大为减少，相同承重下，本发明每件磁钢小，好生产，好安装。加上径向拉推磁路径向稳定性高，使本发明的磁悬浮轴承的径向回复力增加至少4倍，目前已设计有增加16倍的有支点无摩擦磁悬浮轴承。同时吸力大，磁钢重1.2公斤(1.8H)就可悬浮重量284公斤，将轴承载荷减少98％，摩擦力减少98％。将竖直轴的重量和承载的重量考虑进去，通过设计不同承载力的本发明磁悬浮轴承，仅需要支撑轴承极少量的支撑，相当于支点作用，即可实现将竖直轴悬浮起来，实现整个竖直轴无摩擦悬浮。

所述定子拉推磁体31和转子拉推磁体32靠近竖直轴的环形永磁体与竖直轴2表面具有的径向间距优选为所述轴向间隙的2倍到5倍，所述径向间距为所述轴向间隙的2.5-3.5倍。

仅作为支点的支撑轴承4可以采用油润滑轴承，也可采用自润滑陶瓷轴承。用方向相反的磁吸引力平衡轴承负荷，从而轴承上的正压力为零，形成无摩擦，大大减少能耗，也无磨损，轴承可免维修，因为摩擦力减至1/50，即可延长轴承寿命50倍，可以不换轴承，解决了竖直轴因一个方向轴承，承重过大，轴承易磨损，更换次数多的老大难问题。本发明相对于现有磁悬浮轴承，成本极为低廉，生产、安装非常方便，可广泛地用于各行各业竖直轴传动的领域，极大提高这些领域的生产效率，降低生产成本，极大提高社会经济效益。

Claims (10)

1.有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，包括设置在作为转子的竖直轴上作为支撑支点的支撑轴承，和设置在竖直轴上与支撑轴承间隔轴向距离的永磁悬浮轴承，所述永磁悬浮轴承包括设置在定子上的定子拉推磁体和对应通过软磁材料基体设置在转子上、与所述定子拉推磁体具有轴向间隙并形成拉推磁路的转子拉推磁体，所述定子拉推磁体和转子拉推磁体分别由两个或两个以上在径向紧密贴合设置且磁极沿径向交替分布的环形永磁体构成，且上、下对应相同径向位置的环形永磁体的磁性大小相同、极性相反，所述轴向间隙在两拉推磁体磁力的有效作用范围内，所述定子拉推磁体位于转子拉推磁体之上；所述定子拉推磁体和转子拉推磁体靠近竖直轴的环形永磁体的靠近竖直轴的环形表面与竖直轴表面具有径向间距。

2.根据权利要求1所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于所述径向间距为所述轴向间隙的2倍到5倍。

3.根据权利要求2所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于所述径向间距为所述轴向间隙的2.5-3.5倍。

4.根据权利要求1-3之一所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于设置在竖直轴上的所述支撑轴承位于所述永磁悬浮轴承的上方或下方。

5.根据权利要求1-3之一所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于各环形永磁体径向宽度相同。

6.根据权利要求4所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于各环形永磁体径向宽度相同。

7.根据权利要求1-3之一所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于所述定子为软磁材料制成，所述定子靠近竖直轴的径向距离略短于所述定子拉推磁体靠近所述竖直轴的环形永磁体内环到竖直轴的距离。

8.根据权利要求4所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于所述定子为软磁材料制成，所述定子靠近竖直轴的径向距离略短于所述定子拉推磁体靠近所述竖直轴的环形永磁体内环到竖直轴的距离。

9.根据权利要求1-3之一所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于所述软磁材料基体为环形结构，其固定环形永磁体部分的径向长度与构成所述转子拉推磁体的环形永磁体径向总长度略长。

10.根据权利要求4所述的有支点无摩擦轴向永磁悬浮轴承，其特征在于所述软磁材料基体为环形结构，其固定环形永磁体部分的径向长度与构成所述转子拉推磁体的环形永磁体径向总长度略长。