CN105889323A - 一种径轴向磁悬浮复合轴承与对抗磁环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种径轴向磁悬浮复合轴承与对抗磁环，它是由一个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正后组成的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和分布在径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性互为相反；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性相互一致；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间工作气隙同一侧轴向相邻的磁环之间，设有防止轴向相邻磁环间形成磁通越位串通的对抗磁环，所述对抗磁环采用轴向充磁。
Description
技术领域：
本发明涉及径轴向磁悬浮复合轴承和径轴向磁悬浮复合轴承所包含的对抗磁环及径向相斥型径向磁悬浮轴承。
背景技术：
现有技术的径轴向磁悬浮复合轴承采用一个径向吸引型轴向磁悬浮轴承和两个径向相斥型径向磁悬浮轴承复合在一起时，往往被两种磁力轴承之间的磁路越位串通导致系统失效和在同一种磁力轴承当中只限于磁环对磁环的侧向结构，在磁环的选择上，已显示出具有很大的局限性。尽管由多个向心型电磁铁与转子铁心主动型磁悬浮轴承，已有成功地应用于电主轴和分子泵上的先例，但主动型磁悬浮轴承，尤其是主动型径向磁悬浮轴的结构复杂，体积庞大，系统控制和制造成本高缺陷，至今都没有得到很好的解决，严重地影响到磁悬浮支撑技术的推广应用。
发明内容：
本发明所要提供的是一种结构紧凑、体积小、性能可靠的径轴向磁悬浮复合轴承以及径轴向磁悬浮复合轴承所用并具有通用性的非环套结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承。以下是其技术方案：
1、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正后组成的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和分布在径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正或有部分错位的径向相对所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述的两种磁悬浮轴承同轴设置并使所述两种磁悬浮轴承的内外磁环均被轴向充磁；所述的内外磁环分别设置在径轴向磁悬浮复合轴承的内套外围和外套的内部，所述的轴承内套也可以是径轴向磁悬浮复合轴承应用装置中的转子轴杆，所述的轴承外套也可以是径轴向磁悬浮复合轴承应用装置中具有筒形内壁的部件所替代；径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环的端面相等和被圆环形的径向导磁片所覆盖；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承当中的内外磁环在满足径向工作气隙设计要求的径向相对位置后，在各轴向相邻的磁环之间还设有轴向定位的支撑环；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性互为相反；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性相互一致；其特征是：对于在所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间工作气隙同一侧轴向相邻的磁环之间，选择性地加入防止轴向相邻磁环间形成磁通越位串通的对抗磁环；对抗磁环可以避免在轴向排列的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间因轴向相邻和内部磁通极性方向一致的磁环形成相互吸引，所述对抗磁环采用轴向充磁；所述内外磁环在径向工作气隙两侧的相互对正或部分错位的径向相对包含：等高磁环之间的对正和错位；也包含：不等高磁环两者高度中位线之间的对正和错位。
在本发明当中，还可以使所述轴承外套的两端带有掩压外套磁环后向内作径向延伸的端盖并在所述端盖与内套磁环的相向面上设置被高度充磁的环形永磁体，所述环形永磁体与轴向气隙对侧内套磁环的内部磁通的极性可以相互一致，也可以互为相反；当两者的内部磁通极性相互一致时，产生两者之间的径向定位保持功能；当两者的内部磁通极性互为相反时，两者之间形成轴向排斥。
2、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由同轴设置的一个径向吸引型轴向磁悬浮轴承和所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述两种磁悬浮轴承均由内外磁环通过径向工作气隙相对而成；其特征是：所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环的内部磁通极性方向相同；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环均采用内外单极型辐射取向充磁的永磁磁环通过径向工作气隙相互对正和相互吸引；所述永磁磁环在径向工作气隙两侧的数量相等；可以采用一层、两层或三层结构，当采用径向工作气隙两侧的永磁磁环是一层结构时，还可以在永磁磁环的端面上设置有圆环形的径向导磁片；当采用两层结构时，上下紧密叠加的永磁磁环的厚度总是相等；当采用三层结构时，上下两个等厚的永磁磁环各占中间永磁磁环的二分之一厚度；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环可以等高，也可以不等高；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承内外磁环在径向工作气隙两侧的相互正对或错位，也包括两个不等高永磁磁环高度中位线之间的相互对正和错位；所述内外磁环分别设置在磁悬浮复合轴承内套的外部和外套的内部，所述内、外套也可以由磁悬浮复合轴承应用装置当中的转子轴杆和具有圆筒形内壁的部件替代。
3、一种径轴向磁悬浮复合轴承它是由一个电磁线圈和轴向磁通圆环形永磁体通过径向工作气隙所构成的混合型径向吸引型轴向磁悬浮轴承和一个分别位于径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个分别由一个电磁线圈和一个轴向磁通的圆环形永磁体通过径向工作气隙所构成的混合型径向相斥型径向磁悬浮轴承或通过径向工作气隙两侧的两个具有轴向内部磁通的圆环形永磁体所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；在所述电磁和永磁混合结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和电磁、永磁混合结构的径向相斥型径向磁悬浮轴承当中的电磁线圈和圆环形永磁体分别位于径向工作气隙同一侧的轴承外套和轴承内套上，在所述混合结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承当中的圆环形永磁体的内部磁通极性与电磁线圈背离径向工作气隙一侧的导磁部的磁通极性方向互为相反；所述圆环形永磁体的厚度可以和电磁线圈等高并通过径向工作气隙相互对正；所述的径向相对位置也包含，在两者高度不等体中位线之间形成的径向正对，所述电磁线圈的端部设有内向型径向导磁片；在所述电磁、永磁混合结构的径向相斥型径向磁悬浮轴承当中，圆环形永磁体的内部磁通极性方向与电磁线圈背离径向工作气隙一侧的导磁体中的磁通极性方向相互一致，同时，还在径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承轴向相邻的圆环形永磁体之间增加具有防止轴向相邻永磁体之间的内部磁通形成轴向串通的对抗磁环；所述对抗磁环采用高度充磁。
4、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个由等距地分布在同一直径圆周线上的多个位于非导磁材料体轴承外套上的轴向孔和所述轴向孔内通过隔离支撑体间隔设置的五个高度充磁的实心永磁体所组成的外套组合体，再通过径向工作气隙与一个设置在轴承内套外围或径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中的转子轴杆外侧的三个通过轴向距支撑环固定的圆柱形永磁体磁环离支撑体；位于轴承内套中间部位上的圆柱形永磁体磁环与径向工作气隙对侧轴向孔内的实心圆柱形永磁体的两端分别设有等厚的圆环形径向导磁片和导磁圆片；在所述轴向孔内的永磁体分为三个实心圆柱形永磁体和设置在三个实心永磁体之间的两个对抗磁环；所述对抗磁环采用高度充磁；所述对抗磁环与其轴向相邻永磁体的内部磁通极性相反而相互排斥；位于轴承内套上的三个圆柱形永磁体磁环通过径向工作气隙分别对应着位于轴承外套轴向孔内对抗磁环之外的三个实心圆柱形永磁体；所述轴承内套中间位置上的圆柱形永磁体磁环与径向工作气隙对侧外套组合体中间位置上在两端带有圆形导磁片的实心圆柱形永磁体相互对正和形成相互吸引，从而成为具有轴向位磁力保持功能的径向相斥型径向磁悬浮轴承；位于轴承外套组合体两端部位上的两个实心圆柱形永磁体分别通过径向工作气隙对应着轴承内套两端部位上的两个圆柱形永磁体磁环并使两者之间形成径向正对或部分错位的径向相对以及使两者的内部磁通极性相同从而形成相互排斥。
在本发明当中，所述径轴向磁悬浮复合轴承用到的径向相斥型径向磁悬浮轴承，它是由等距地分布在一个非磁性外套同一直径圆周线上的多个轴向孔和轴向孔内被轴向充磁的圆柱形永磁体所组成的轴承外套组合体通过轴承外套组合体内壁侧的径向工作气隙与设置在轴承内套上的环套式永磁体所构成的轴承内套组合体所组成；所述圆柱形永磁体与环套式永磁体可以等高，也可以不等高；两者的高度中位线之间可以形成径向相互正对，也可以形成具有部分错位的径向对应；两者均采用轴向充磁和两者之间的磁场力相互排斥；这种径向相斥型径向磁悬浮轴承适用在任何一种径轴向磁悬浮复合轴承或单自由度磁悬浮转子支撑系统当中作为建立径向磁悬浮力的基本元件广泛使用。
5、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个轴承外套组合体和一个轴承内套组合体通过径向工作气隙所构成；所述外套组合体有轴承外套和通过轴承外套两端固定在同一直径圆周线上的多个等距分布的电磁组件所组成；所述电磁组件由一个实心或空心导磁体和三个设置在导磁体上的电磁线圈所组成；所述电磁线圈设置在所述导磁体外侧三个相互间具有独立环形臂凸起部的外向型径向口环形凹槽当中；位于所述电磁组件中间部位上的电磁线圈均通过径向工作气隙与内套组合体中间部位上的永磁磁环的高度中位线相互对正；所述电磁组件中间部位上的永磁磁环与与径向工作气隙对侧的电磁线圈等高或小于气隙对侧的电磁线圈高度；所述内套组合体中间部位上的永磁磁环的内部轴向磁通极性方向与所述径向工作气隙对侧电磁线圈在内部导磁体上的磁通极性方向互为相反，从而形成相互吸引；位于电磁组件两端部位外向型径向口环形凹槽当中的电磁线圈则通过径向工作气隙分别与内套组合体两端部位上被轴向充磁的永磁磁环相互对正或部分错位的相互对应；并使两者之间的磁场力保持在相互排斥的状态；也即：所述径向工作气隙一侧的永磁磁环的内部磁通极性方向与径向工作气隙另一侧的电磁线圈内部导磁体上的磁通极性方向相互一致，从而形成所述径轴向磁悬浮复合轴承当中的径向相斥型径向磁悬浮轴承；在所述的内套组合体上，共分布有三个与外套组合体电磁线圈相对应的永磁磁环；同时，还在所述三个永磁磁环之间设置有两个阻止三个永磁磁环之间发生相互吸引的对抗磁环；所述对抗磁环采用轴向充磁；所述对抗磁环与轴向相邻永磁磁环之间形成磁场力的相互排斥；所述对抗磁环被固定在所述的内套组合体上；所述轴承外套也可以是被径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中具有筒形内壁和在筒形内壁上带有内向型径向口环形凹槽的部件所替代，所述内套组合体也可以被径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中转子轴杆所替代。
在本发明当中，还可以在所述导磁体的两个端部均设中心杆部，所述的中心杆部从轴承端盖中间孔的侧缝进入和就位固定在所述外套组合体的圆周线各点上；所述导磁体的两个端部也可以不设中心杆部，而是通过在所述两端盖上的一个或多个带有定位销的单头螺杆给予固定就位。
9、按照权利要求6所述径轴向磁悬浮复合轴承所用到的径向相斥型径向磁悬浮轴承，它是由多个等距地分布固定在轴承外套内部同一直径圆周线上且在中间位置上设有外向型径向口环形凹槽的导磁体和设置在所述导磁体径向口环形凹槽当中的电磁线圈所组成的电磁组件通过径向工作气隙和位于轴承内套上设置的环套式永磁体的高度中位线相互对齐或形成部分错位的径向对应；所述环套式永磁体采用高度充磁和使内部的磁通极性方向与所述电磁线圈内部导磁体上所产生的磁通极性方向相互一致；从而保持相互间的磁场排斥；所述环套式永磁体与所述的电磁线圈可以等高，也可以是大于或小于的不等高关系；所述的环套式永磁体也可以被一个圆环形电磁线圈所替代；所述圆环形电磁线圈与所述电磁组件上的电磁线圈之间保持磁力相斥，也即：圆环形电磁线圈的内部磁通极性方向和电磁组件上的电磁线圈的内部磁通极性方向一致；这种径向相斥型径向磁悬浮轴承适用在任何一种径轴向磁悬浮复合轴承或单自由度磁悬浮转子支撑系统当中作为建立径向磁悬浮力的基本元件广泛使用。
10、按照权利要求6所述径轴向磁悬浮复合轴承，还在于：当所述的径轴向磁悬浮复合轴承在引用装置当中采用水平设置使用时，还可以通过在引用装置的转子轴杆上设置多个位置检元件，获取轴杆在磁悬浮运行当中的动态信息，利用现有反馈控制技术调整相关电磁铁与环套式永磁体之间的相斥力使转子轴杆恢复和保持在定心旋转状态。
具体实施方式：
下面是本发明所述径轴向磁悬浮复合轴承与对抗磁环以及径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承的具体实施方式：
1、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正后组成的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和分布在径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正或有部分错位的径向相对所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述的两种磁悬浮轴承同轴设置并使所述两种磁悬浮轴承的内外磁环均被轴向充磁；所述的内外磁环分别设置在径轴向磁悬浮复合轴承的内套外围和外套的内部，所述的轴承内套也可以是径轴向磁悬浮复合轴承应用装置中的转子轴杆，所述的轴承外套也可以是径轴向磁悬浮复合轴承应用装置中具有筒形内壁的部件所替代；径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环的端面相等和被圆环形的径向导磁片所覆盖；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承当中的内外磁环在满足径向工作气隙设计要求的径向相对位置后，在各轴向相邻的磁环之间还设有轴向定位的支撑环；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性互为相反；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性相互一致；其特征是：对于在所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间工作气隙同一侧轴向相邻的磁环之间，选择性地加入防止轴向相邻磁环间形成磁通越位串通的对抗磁环；对抗磁环可以避免在轴向排列的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间因轴向相邻和内部磁通极性方向一致的磁环形成相互吸引，所述对抗磁环采用轴向充磁；所述内外磁环在径向工作气隙两侧的相互对正或部分错位的径向相对包含：等高磁环之间的对正和错位；也包含：不等高磁环两者高度中位线之间的对正和错位。
在本发明当中，还可以使所述轴承外套的两端带有掩压外套磁环后向内作径向延伸的端盖并在所述端盖与内套磁环的相向面上设置被高度充磁的环形永磁体，所述环形永磁体与轴向气隙对侧内套磁环的内部磁通的极性可以相互一致，也可以互为相反；当两者的内部磁通极性相互一致时，产生两者之间的径向定位保持功能；当两者的内部磁通极性互为相反时，两者之间形成轴向排斥。
2、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由同轴设置的一个径向吸引型轴向磁悬浮轴承和所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述两种磁悬浮轴承均由内外磁环通过径向工作气隙相对而成；其特征是：所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环的内部磁通极性方向相同；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环均采用内外单极型辐射取向充磁的永磁磁环通过径向工作气隙相互对正和相互吸引；所述永磁磁环在径向工作气隙两侧的数量相等；可以采用一层、两层或三层结构，当采用径向工作气隙两侧的永磁磁环是一层结构时，还可以在永磁磁环的端面上设置有圆环形的径向导磁片；当采用两层结构时，上下紧密叠加的永磁磁环的厚度总是相等；当采用三层结构时，上下两个等厚的永磁磁环各占中间永磁磁环的二分之一厚度；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环可以等高，也可以不等高；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承内外磁环在径向工作气隙两侧的相互正对或错位，也包括两个不等高永磁磁环高度中位线之间的相互对正和错位；所述内外磁环分别设置在磁悬浮复合轴承内套的外部和外套的内部，所述内、外套也可以由磁悬浮复合轴承应用装置当中的转子轴杆和具有圆筒形内壁的部件替代。
3、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个电磁线圈和具有轴向磁通的圆环形永磁体通过径向工作气隙所构成的混合型径向吸引型轴向磁悬浮轴承和分别位于径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个分别由一个电磁线圈和一个具有轴向磁通的圆环形永磁体通过径向工作气隙所构成的混合型径向相斥型径向磁悬浮轴承或由径向工作气隙两侧的两个具有轴向内部磁通的圆环形永磁体所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；在所述电磁和永磁混合结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和电磁、永磁混合结构的径向相斥型径向磁悬浮轴承当中的电磁线圈和圆环形永磁体分别位于径向工作气隙同一侧的轴承外套和轴承内套上，在所述混合结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承当中的圆环形永磁体的内部磁通极性与其所对应的电磁线圈背离径向工作气隙一侧的导磁部的磁通极性方向互为相反；所述圆环形永磁体的厚度可以和其所对应电磁线圈等高并通过径向工作气隙相互对正；所述的径向相对位置也包含，在两者高度不等体中位线之间形成的径向正对，所述电磁线圈的端部设有内向型径向导磁片；在所述电磁、永磁混合结构的径向相斥型径向磁悬浮轴承当中，所述圆环形永磁体的内部磁通极性方向与其所对应电磁线圈背离径向工作气隙一侧的导磁体中的磁通极性方向相互一致，同时，还在径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承轴向相邻的三个圆环形永磁体之间增加具有防止轴向相邻永磁体之间的内部磁通形成轴向串通的对抗磁环；所述对抗磁环采用高度充磁。
4、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个由等距地分布在同一直径圆周线上的多个位于非导磁材料体轴承外套上的轴向孔和所述轴向孔内通过隔离支撑体间隔设置的五个高度充磁的实心永磁体所组成的外套组合体再通过径向工作气隙与一个设置在轴承内套外围或径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中的转子轴杆外侧的三个通过轴向距支撑环固定的圆柱形永磁体磁环所构成的内套组合体所组成；所述隔离支撑体包含：导磁片和非导磁材料的隔离支撑体；位于轴承内套中间部位上的圆柱形永磁体磁环两端均设有圆环形径向导磁片在所述轴向孔内的永磁体分为三个实心圆柱形永磁体和设置在三个实心永磁体之间的两个对抗磁环；所述对抗磁环采用高度充磁；所述对抗磁环与其轴向相邻永磁体的内部磁通极性相反而相互排斥；位于轴承内套上的三个圆柱形永磁体磁环(通过径向工作气隙分别对应着位于轴承外套轴向孔内对抗磁环之外的三个实心圆柱形永磁体；所述轴承内套中间位置上的圆柱形永磁体磁环与径向工作气隙对侧外套组合体中间位置上在两端带有圆环形径向导磁片的实心圆柱形永磁体相互对正和形成相互吸引，从而成为具有轴向位磁力保持功能的径向相斥型径向磁悬浮轴承；位于轴承外套组合体两端部位上的两个实心圆柱形永磁体分别通过径向工作气隙对应着轴承内套两端部位上的两个圆柱形永磁体磁环并使两者之间形成径向正对或部分错位的径向相对以及使两者的内部磁通极性相同从而形成相互排斥。
在本发明当中，所述径轴向磁悬浮复合轴承用到的径向相斥型径向磁悬浮轴承，它是由等距地分布在一个非磁性轴承外套同一直径圆周线上的多个轴向孔和轴向孔内被轴向充磁的圆柱形永磁体所组成的轴承外套组合体，通过轴承外套组合体内壁侧的径向工作气隙与设置在轴承内套上的环套式永磁体所构成的轴承内套组合体所组成；所述圆柱形永磁体与环套式永磁体可以等高，也可以不等高；两者的高度中位线之间可以形成径向相互正对或具有部分错位的径向对应；两者均采用轴向充磁并使两者之间的磁场力相互排斥；这种径向相斥型径向磁悬浮轴承适用在任何一种径轴向磁悬浮复合轴承或单自由度磁悬浮转子支撑系统当中作为建立径向磁悬浮力的基本元件广泛使用。
5、一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个轴承外套组合体和一个轴承内套组合体通过径向工作气隙所构成；所述外套组合体有轴承外套和通过轴承外套两端固定在同一直径圆周线上的多个等距分布的电磁组件所组成；所述电磁组件由一个实心或空心导磁体和三个设置在导磁体上的电磁线圈所组成；所述电磁线圈设置在所述导磁体外侧三个相互间具有独立环形臂凸起部的外向型径向口环形凹槽当中；位于所述电磁组件中间部位上的电磁线圈均通过径向工作气隙与内套组合体中间部位上的永磁磁环的高度中位线相互对正；所述电磁组件中间部位上的永磁磁环与与径向工作气隙对侧的电磁线圈等高或小于气隙对侧的电磁线圈高度；所述内套组合体中间部位上的永磁磁环的内部轴向磁通极性方向与所述径向工作气隙对侧电磁线圈在内部导磁体上的磁通极性方向互为相反，从而形成相互吸引；位于电磁组件两端部位外向型径向口环形凹槽当中的电磁线圈则通过径向工作气隙分别与内套组合体两端部位上被轴向充磁的永磁磁环相互对正或部分错位的相互对应；并使两者之间的磁场力保持在相互排斥的状态；也即：所述径向工作气隙一侧的永磁磁环的内部磁通极性方向与径向工作气隙另一侧的电磁线圈内部导磁体上的磁通极性方向相互一致，从而形成所述径轴向磁悬浮复合轴承当中的径向相斥型径向磁悬浮轴承；在所述的内套组合体上，共分布有三个与外套组合体电磁线圈相对应的永磁磁环；同时，还在所述三个永磁磁环之间设置有两个阻止三个永磁磁环之间发生相互吸引的对抗磁环；所述对抗磁环采用轴向充磁；所述对抗磁环与轴向相邻永磁磁环之间形成磁场力的相互排斥；所述对抗磁环被固定在所述的内套组合体上；所述轴承外套也可以是被径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中具有筒形内壁和在筒形内壁上带有内向型径向口环形凹槽的部件所替代，所述内套组合体也可以被径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中转子轴杆所替代。
在本发明当中，还可以在所述导磁体的两个端部均设中心杆部，所述的中心杆部从轴承端盖中间孔的侧缝进入和就位固定在所述外套组合体的圆周线各点上；所述导磁体的两个端部也可以不设中心杆部，而是通过在所述两端盖上的一个或多个带有截锥体定位销的单头螺杆给予固定就位。
9、按照权利要求6所述径轴向磁悬浮复合轴承所用到的径向相斥型径向磁悬浮轴承，它是由多个等距地分布固定在轴承外套内部同一直径圆周线上且在中间位置上设有外向型径向口环形凹槽的导磁体和设置在所述导磁体径向口环形凹槽当中的电磁线圈所组成的电磁组件通过径向工作气隙和位于轴承内套设置的环套式永磁体的高度中位线相互对齐或形成部分错位的径向对应；所述环套式永磁体采用高度充磁和使内部的磁通极性方向与所述电磁线圈内部导磁体上所产生的磁通极性方向相互一致；从而保持相互间的磁场排斥；所述环套式永磁体与所述的电磁线圈可以等高，也可以是大于或小于的不等高关系；所述的环套式永磁体也可以被一个圆环形电磁线圈所替代；所述圆环形电磁线圈与所述电磁组件上的电磁线圈之间保持磁力相斥，也即：圆环形电磁线圈的内部磁通极性方向和电磁组件上的电磁线圈的内部磁通极性方向一致；这种径向相斥型径向磁悬浮轴承适用在任何一种径轴向磁悬浮复合轴承或单自由度磁悬浮转子支撑系统当中作为建立径向磁悬浮力的基本元件广泛使用。
10、按照权利要求6所述径轴向磁悬浮复合轴承，还在于：当所述的径轴向磁悬浮复合轴承在引用装置当中采用水平设置使用时，还可以通过在引用装置的转子轴杆上设置多个位置检元件，获取轴杆在磁悬浮运行当中的动态信息，利用现有反馈控制技术调整相关电磁铁与环套式永磁体之间的相斥力使转子轴杆恢复和保持在定心旋转状态。
本文件列举的有限实施例，不是本发明全部实施方式，技术人员可以通过简单的等同代换，位置互换等方式演变出更多的变型实施例，但依照本文件给出的各种提示和导引，应当预见无需创造性劳动就可以获得的各种变型实施例，均属于专利申请文件已经公开和所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正后组成的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和分布在径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个由内外磁环通过径向工作气隙相互对正或有部分错位的径向相对所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述的两种磁悬浮轴承同轴设置并使所述两种磁悬浮轴承的内外磁环均被轴向充磁；所述的内外磁环分别设置在径轴向磁悬浮复合轴承的内套外围和外套的内部，所述的轴承内套也可以是径轴向磁悬浮复合轴承应用装置中的转子轴杆，所述的轴承外套也可以是径轴向磁悬浮复合轴承应用装置中具有筒形内壁的部件所替代；径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环的端面相等和被圆环形的径向导磁片所覆盖；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承当中的内外磁环在满足径向工作气隙设计要求的径向相对位置后，在各轴向相邻的磁环之间还设有轴向定位的支撑环；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性互为相反；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环内部的磁通极性相互一致；其特征是：对于在所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间工作气隙同一侧的磁环之间，选择性地加入防止轴向相邻磁环间形成磁通越位串通的对抗磁环；对抗磁环可以避免在轴向排列的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承之间因轴向相邻和内部磁通极性方向一致的磁环形成相互吸引，所述对抗磁环采用轴向充磁；所述内外磁环在径向工作气隙两侧的相互对正或部分错位的径向相对包含：等高磁环之间的对正和错位；也包含：不等高磁环两者高度中位线之间的对正和错位。
2.按照权利要求1所述的径轴向磁悬浮复合轴承，还在于：所述轴承外套的两端带有掩压外套磁环后向内作径向延伸的端盖并在所述端盖与内套磁环的相向面上设置被高度充磁的环形永磁体，所述环形永磁体与轴向气隙对侧内套磁环的内部磁通的极性可以相互一致，也可以互为相反；当两者的内部磁通极性相互一致时，产生两者之间的径向定位保持功能；当两者的内部磁通极性互为相反时，两者之间形成轴向排斥。
3.一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由同轴设置的一个径向吸引型轴向磁悬浮轴承和所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；所述两种磁悬浮轴承均由内外磁环通过径向工作气隙相对而成；其特征是：所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环的内部磁通极性方向相同；所述径向吸引型轴向磁悬浮轴承的内外磁环均采用内外单极型辐射取向充磁的永磁磁环通过径向工作气隙相互对正和相互吸引；所述永磁磁环在径向工作气隙两侧的数量相等；可以采用一层、两层或三层结构，当采用径向工作气隙两侧的永磁磁环是一层结构时，还可以在永磁磁环的端面上设置有圆环形的径向导磁片；当采用两层结构时，上下紧密叠加的永磁磁环的厚度总是相等；当采用三层结构时，上下两个等厚的永磁磁环各占中间永磁磁环的二分之一厚度；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承的内外磁环可以等高，也可以不等高；所述径向相斥型径向磁悬浮轴承内外磁环在径向工作气隙两侧的相互正对或错位，也包括两个不等高永磁磁环高度中位线之间的相互对正和错位；所述内外磁环分别设置在磁悬浮复合轴承内套的外部和外套的内部，所述内、外套也可以由磁悬浮复合轴承应用装置当中的转子轴杆和具有圆筒形内壁的部件替代。
4.一种径轴向磁悬浮复合轴承它是由一个电磁线圈和具有轴向磁通的圆环形永磁体通过径向工作气隙所构成的混合型径向吸引型轴向磁悬浮轴承和分别位于径向吸引型轴向磁悬浮轴承上下部的两个分别由一个电磁线圈和一个具有轴向磁通的圆环形永磁体通过径向工作气隙所构成的混合型径向相斥型径向磁悬浮轴承或由径向工作气隙两侧的两个具有轴向内部磁通的圆环形永磁体所构成的径向相斥型径向磁悬浮轴承所组成；在所述电磁和永磁混合结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承和电磁、永磁混合结构的径向相斥型径向磁悬浮轴承当中的电磁线圈和圆环形永磁体分别位于径向工作气隙同一侧的轴承外套和轴承内套上，在所述混合结构的径向吸引型轴向磁悬浮轴承当中的圆环形永磁体的内部磁通极性与其所对应的电磁线圈背离径向工作气隙一侧的导磁部的磁通极性方向互为相反；所述圆环形永磁体的厚度可以和其所对应电磁线圈等高并通过径向工作气隙相互对正；所述的径向相对位置也包含，在两者高度不等体中位线之间形成的径向正对，所述电磁线圈的端部设有内向型径向导磁片；在所述电磁、永磁混合结构的径向相斥型径向磁悬浮轴承当中，所述圆环形永磁体的内部磁通极性方向与其所对应电磁线圈背离径向工作气隙一侧的导磁体中的磁通极性方向相互一致，同时，还在径向吸引型轴向磁悬浮轴承和径向相斥型径向磁悬浮轴承轴向相邻的三个圆环形永磁体之间增加具有防止轴向相邻永磁体之间的内部磁通形成轴向串通的对抗磁环；所述对抗磁环采用高度充磁。
5.一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个由等距地分布在同一直径圆周线上的多个位于非导磁材料体轴承外套上的轴向孔和所述轴向孔内通过隔离支撑体间隔设置的五个高度充磁的实心永磁体所组成的外套组合体，再通过径向工作气隙与一个设置在轴承内套外围或径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中的转子轴杆外侧的三个通过轴向距支撑环固定的圆柱形永磁体磁环所构成的内套组合体所组成；所述隔离支撑体包含：导磁片和非导磁材料的隔离支撑体；位于轴承内套中间部位上的圆柱形永磁体磁环与径向工作气隙对侧轴向孔内的实心圆柱形永磁体的两端分别设有等厚的圆环形径向导磁片和导磁圆片；在所述轴向孔内的永磁体分为三个实心圆柱形永磁体和设置在三个实心永磁体之间的两个对抗磁环；所述对抗磁环采用高度充磁；所述对抗磁环与其轴向相邻永磁体的内部磁通极性相反而相互排斥；位于轴承内套上的三个圆柱形永磁体磁环通过径向工作气隙分别对应着位于轴承外套轴向孔内对抗磁环之外的三个实心圆柱形永磁体；所述轴承内套中间位置上的圆柱形永磁体磁环与径向工作气隙对侧外套组合体中间位置上在两端带有圆形导磁片的实心圆柱形永磁体相互对正和形成相互吸引，从而成为具有轴向位磁力保持功能的径向相斥型径向磁悬浮轴承；位于轴承外套组合体两端部位上的两个实心圆柱形永磁体分别通过径向工作气隙对应着轴承内套两端部位上的两个圆柱形永磁体磁环并使两者之间形成径向正对或部分错位的径向相对以及使两者的内部磁通极性相同从而形成相互排斥。
6.一种径轴向磁悬浮复合轴承，它是由一个轴承外套组合体和一个轴承内套组合体通过径向工作气隙所构成；所述外套组合体由轴承外套和通过轴承外套两端固定在同一直径圆周线上的多个等距分布的电磁组件所组成；所述电磁组件由一个实心或空心导磁体和三个设置在导磁体上的电磁线圈所组成；所述电磁线圈设置在所述导磁体外侧三个相互间具有独立环形臂凸起部的外向型径向口环形凹槽当中；位于所述电磁组件中间部位上的电磁线圈均通过径向工作气隙与内套组合体中间部位上的永磁磁环的高度中位线相互对正；所述电磁组件中间部位上的永磁磁环与径向工作气隙对侧的电磁线圈等高或小于气隙对侧的电磁线圈高度；所述内套组合体中间部位上的永磁磁环的内部轴向磁通极性方向与所述径向工作气隙对侧电磁线圈在内部导磁体上的磁通极性方向互为相反，从而形成相互吸引；位于电磁组件两端部位外向型径向口环形凹槽当中的电磁线圈则通过径向工作气隙分别与内套组合体两端部位上被轴向充磁的永磁磁环相互对正或部分错位的相互对应；并使两者之间的磁场力保持在相互排斥的状态；也即：所述径向工作气隙一侧的永磁磁环的内部磁通极性方向与径向工作气隙另一侧的电磁线圈内部导磁体上的磁通极性方向相互一致，从而形成所述径轴向磁悬浮复合轴承当中的径向相斥型径向磁悬浮轴承；在所述的内套组合体上，共分布有三个与外套组合体电磁线圈相对应的永磁磁环；同时，还在所述三个永磁磁环之间设置有两个阻止三个永磁磁环之间发生相互吸引的对抗磁环；所述对抗磁环采用轴向充磁；所述对抗磁环与轴向相邻永磁磁环之间形成磁场力的相互排斥；所述对抗磁环被固定在所述的内套组合体上；所述轴承外套也可以是被径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中具有筒形内壁和在筒形内壁上带有内向型径向口环形凹槽的部件所替代，所述内套组合体也可以被径轴向磁悬浮复合轴承应用装置当中转子轴杆所替代。
7.按照权利要求6所述的径轴向磁悬浮复合轴承，还在于：所述导磁体的两个端部均设有中心杆部，所述的中心杆部从轴承端盖中间孔的侧缝进入和就位固定在所述外套组合体的圆周线各点上；所述导磁体的两个端部也可以不设中心杆部，而是通过在所述两端盖上的一个或多个带有定位销的单头螺杆给予固定就位。
8.按照权利要求5所述径轴向磁悬浮复合轴承用到的径向相斥型径向磁悬浮轴承，它是由等距地分布在一个非磁性外套同一直径圆周线上的多个轴向孔和轴向孔内被轴向充磁的圆柱形永磁体所组成的轴承外套组合体通过轴承外套组合体内壁侧的径向工作气隙与设置在轴承内套上的环套式永磁体所构成的轴承内套组合体所组成；所述圆柱形永磁体与环套式永磁体可以等高，也可以不等高；两者的高度中位线之间可以形成径向相互正对，也可以形成具有部分错位的径向对应；两者均采用轴向充磁和两者之间的磁场力相互排斥；这种径向相斥型径向磁悬浮轴承适用在任何一种径轴向磁悬浮复合轴承或单自由度磁悬浮转子支撑系统当中作为建立径向磁悬浮力的基本元件广泛使用。
9.按照权利要求6所述径轴向磁悬浮复合轴承所用到的径向相斥型径向磁悬浮轴承，它是由多个等距地分布固定在轴承外套内部同一直径圆周线上且在中间位置上设有外向型径向口环形凹槽的导磁体和设置在所述导磁体径向口环形凹槽当中的电磁线圈所组成的电磁组件，通过径向工作气隙和位于轴承内套上设置的环套式永磁体的高度中位线相互对齐或形成部分错位的径向对应；所述环套式永磁体采用高度充磁和使内部的磁通极性方向与所述电磁线圈内部导磁体上所产生的磁通极性方向相互一致；从而保持相互间的磁场排斥；所述环套式永磁体与所述的电磁线圈可以等高，也可以是大于或小于的不等高关系；所述的环套式永磁体也可以被一个圆环形电磁线圈所替代；所述圆环形电磁线圈与所述电磁组件上的电磁线圈之间保持磁力相斥，也即：圆环形电磁线圈的内部磁通极性方向和电磁组件上的电磁线圈的内部磁通极性方向一致；这种径向相斥型径向磁悬浮轴承适用在任何一种径轴向磁悬浮复合轴承或单自由度磁悬浮转子支撑系统当中作为建立径向磁悬浮力的基本元件广泛使用。
10.按照权利要求6所述径轴向磁悬浮复合轴承，还在于：当所述的径轴向磁悬浮复合轴承在引用装置当中采用水平设置使用时，还可以通过在引用装置的转子轴杆上设置多个位置检元件，获取轴杆在磁悬浮运行当中的动态信息，利用现有反馈控制技术调整相关电磁铁与环套式永磁体之间的相斥力使转子轴杆恢复和保持在定心旋转状态。
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| CN201510051227.3A CN105889323A (zh) | 2015-01-25 | 2015-01-25 | 一种径轴向磁悬浮复合轴承与对抗磁环 |
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- 2015-01-25 CN CN201510051227.3A patent/CN105889323A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20160824 |
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