CN202971576U

CN202971576U - 一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机

Info

Publication number: CN202971576U
Application number: CN 201220639939
Authority: CN
Inventors: 唐建一
Original assignee: 唐建一
Current assignee: Shanghai Huijun Science & Technology Development Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-11-28

Abstract

一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机；用以取代机械轴承的磁悬浮轴承由内磁环和同磁性的外磁环构成，二者在径向和轴向都同性相斥；成对的两个内磁环都受到外磁环的径向的向内的均衡挤压而都磁悬浮在外磁环的内中；两端箍套有各一个磁悬浮状态的内磁环的转轴具有径向支承钢度地磁悬浮；成对的两个内磁环是相互反偏置，即两个内磁环的内环中线都有一轴向开距地偏离于外磁环的外环中线而两者的偏离方向是相反；两个内磁环都受到外磁环的轴向的向着各自所偏离方向的推斥力，而这两个推斥力方向相反；则转轴在轴向的自由度上达到了力的平衡而具有轴向支承钢度地定位于轴向力的平衡点处，就成为了全磁悬浮电机。

Description

一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机

技术领域：

磁学，磁悬浮；轴承，磁悬浮轴承；电机，磁悬浮电机

背景技术：

所谓电机，包括：马达(电动机)和发电机，等；传统的电机都在转轴的两端(转子的两端)配置有各一个机械轴承，它的动圈箍套在旋转的转轴上而定圈固定按装在机壳内相应处，因动圈和定圈是相互硬性接触而又能相对旋转，动圈可作为转轴的支撑部件，使转轴能在旋转中防止径向和轴向的移位；所述的支撑应是强有力的，即，要有足够的支承钢度，以减小受到″负荷″时的位移；常用的金属的机械轴承有很高强的″支承钢度″，但它是电机中的″易损件″，因为它要在不断的旋转中一方面要支撑旋转体的总重量，包括有电机的转子，风叶，等，另外，还要承受电机的全方位的外力的″负荷″，因而，它受到的全方位的″压力″增大，某种情况下，所述的压力是非常大(如：风力发电机，风机，大马达，电泵，等)；因为根据物理学定律，磨擦力和压力成正比，所以，机械轴承内的磨擦力是很大的，众所周知，磨擦会产生损耗，消耗能源，磨擦会使机械轴承内中磨损，产生松动，震荡，阻尼，继而报费，使整机寿命受到限制；特别是较大功率的风力发电机和风机，机械轴承因承重很大而不堪重负，极易损伤，整机寿命缩短，这都是磨擦力带来的弊端；因而，都想采用无磨擦的以磁力或电磁力作为支承力的磁悬浮轴承来取代机械轴承而成为磁悬浮电机，以克服采用了机械轴承的上述的弊端；但，凡磁悬浮轴承，如要取代机阶轴承(而成为全磁悬浮轴承)必需具有像机械轴承那样的有很高强的径向和轴向的全方位的支撑力和支承钢度，并要有实用性，即必需结构简单，易于制造调试，成本不高，体积小巧，等，这实际上是要求很高的，是较难全面达到的；而现有的磁悬浮轴承的报导或专利，有的仅是实验品，有的太复杂，难制作，成本过高，有的是性能不全面，不稳定，所以，在理论上和设计上都有待提高，而其产品化更是任重而道远；如，专利200910025506.7采用永磁和电磁结合，太复杂，调控困难，成本太高，实用性差；而如0115303.2只有径向磁支承力，轴向是不稳定的；如而200820155888.6实际上是一种″准磁悬浮轴承″的″磁支系统″，它需和机械轴承一起使用，以助机械轴承一臂之力；又如200620035333.9和200820129979.2采用非常用的无法现购到的径向磁性的整体磁环，需特别加工，而径向磁化极困难，成本太高；另有一类专利，如，200510098871.2和2180081.01010采用异形的弧形或锥型磁体，制造困难，磁性提不高，成本也较高；又如200910024727.2也较复杂，成本较高，不理想；还有201120304709.2虽有改进，但要增设特制的导磁部件，增加了复杂性和难度；因而，仍需在理论上和实践中于以提高和改进。

发明内容：

发明目的：

发明一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机，以非接触性的磁力并采用独创的磁结构的磁悬浮轴承取代机械轴承，使电机的转轴实现具有径向支承钢度地磁悬浮和具有支承钢度地轴向的磁力定位，成为理想的全磁悬浮电机；因没有磨擦，磨擦力，磨擦损耗，没有磨损，因而是节电节能，高效能，长寿命，高性能，无噪声，运行平稳，转速可提高，而结构简易小巧，制作调试方便，性价比好，实用性强，易于产品化，有推广应用前境和投资价值。

具体技术方案：

采用独创的磁结构和设计理念，发明一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机，它是以两个成对反偏置的磁悬浮轴承的非接触的高强磁力和支承钢度，成功地取代了电机中原有的两个机械轴承，因没有磨擦，磨擦力，也就没有磨擦损耗和磨损，而成为了节电节能的高性能和高效能及长寿命的理想的全磁悬浮电机；磁悬浮轴承由内磁环和同磁性的外磁环组成，外磁环处于内磁环的径向的外圈，内磁环与外磁环之间有一径向间隙；内磁环和外磁环都是永磁性圆磁环，内磁环和外磁环通过径向间隙相互对应的磁极面是同磁性，则内磁环和外磁环在径向和轴向都具有相互的推斥力；成对反偏置的磁悬浮轴承是，内磁环和外磁环在轴向是相互偏置的，即，两个成对的内磁环的内环中线都是有一轴向开距地偏离于各自所对应的外磁环的外环中线，且两个内磁环的内环中线各自的所述的偏离方向在轴向是相反方向；两个内磁环都分别受到了相对应的同磁性的外磁环的径向的向内的推斥力的均衡挤压，而两个内磁环又分别受到外磁环的的向着各自所偏离方向的轴向的推斥力，这两个推斥力方向相反；成对的两个内磁环是同轴于电机的转轴的中心线地箍套在转轴上的位于电机的转子的两端处，两个相对应的外磁环分别地同轴地安装在电机的机壳内相应处；转轴的两端的成对的两个内磁环在径向都受到同磁性外磁环的圆周状的推斥力的向内的均的衡挤压，而有一径向间隙地稳定地磁悬浮在外磁环的内中，而且，内磁环与外磁环之间的在径向的四周的园周状的间隙是相同的；当转轴及转轴上的内磁环受到径向的某个外力负荷而向该外力的方向偏位时，该外力的方向的间隙就减小，而反方向的间隔就增大，因间隙小而同性相斥的磁推斥力急增，相反地，间隙大就磁推斥力就急减，则，间隙小处的磁推斥力远大于间隙大处，该内磁环受到与该外力的相反方向的″纠偏力″，就有反偏位的″纠偏″的能力，可保持受到该外力的该内磁环能居于中心位置的原位不变；而如果外力从其它的方位施加给内磁环，其作用原理也同上；加强内磁环和外磁环之间的磁斥力，则该纠偏力就加大，即，″支承钢度″也增大了，如上述，这意味着两个内磁环都具有支承钢度地磁悬浮在各自的外磁环的内中，则，两端箍套有各一个磁悬浮的内磁环的转轴是具有径向支承钢度地处于磁悬浮状态；转轴的两端处的各一个的反偏置的内磁环各自所受到的轴向的推斥力是互为相反方向，则，转轴在轴向的自由度上达到了轴向力的平衡；而如果转轴受到某一轴向力，转轴就会向该轴向力的方向位移，则，势必使转轴上的一个内磁环对于所对应的外磁环之间的轴向开距减小，相互之间的轴向的磁推斥力急增，而转轴上的另一个内磁环与它所对应的外磁环之间的轴向开距就增大而磁推力就急减，这样，开距小的磁推斥力大于开距大的磁推斥力，就产生了和外力相反的″反位移力″，同于上述，可使转轴具有轴向支承钢度的地保持轴向的原位不变；应当是，所述的转轴上的两个内磁环各自对于相对应的外磁环的轴向的偏离是互为相反方向的，即，两个偏离可以同时面向两个外磁环的内侧，也可以同时面向两个外磁环的外侧，但这两种情况的受外力和产生的反位移力是一样的；则，转轴在作径向磁悬浮的同时具有轴向支承钢度地定位于所述的两个相反方向的轴向力的平衡点处；即，所述的电机成为了全磁悬浮电机。

有益效果：

采用特定的磁结构的非接触性磁力支承的磁悬浮轴承取代了有磨擦力的机械轴承，因采用的磁悬浮轴承所提供的非接触的磁力作为强有力的支承力，使电机的转轴实现具有径向支承钢度地磁悬浮和具有支承钢度地轴向的磁力定位，成为了全磁悬浮电机；它克服了传统的电机所用的有磨擦的机械轴承产生的的磨擦阻力和磨擦损耗以及磨损的弊端，因而是节能节电，高效能，长寿命，高性能，无噪声，运行平稳，转速可提高；它是新一代的高科技电机，而结构科学，制作调试方便，性价比好，实用性强，易于产品化，有推广应用的前境；它具有良好的社会和经济效益，有开发和投资回报的价值。

附图说明：

编号：

1，磁悬浮轴承 2，转轴 3，内磁环 4，机壳 5，中轴线 7，径向间隙 13，内环中线 16，外环中线 17，轴向开距 18，转子 19，定子 F，轴向推斥力

附图：

附图1：成对反偏置的磁悬浮轴承图

附图2：采用成对反偏置的磁悬浮轴承的全磁悬浮电机图

具体实施方式

实例1：成对反偏置的磁悬浮轴承见附图1

成对反偏置的磁悬浮轴承1的组成是，所述的磁悬浮轴承1是由同轴于中轴线5地箍套在转轴2的两端的内磁环3和装在机壳4内的相应处的同磁性的外磁环6所构成；内磁环3和外磁环6都是永磁性圆磁环，外磁环6是有一径向间隙7地处于内磁环3的外圈；内磁环3和外磁环6都具有轴向的两个相背的互为异磁性的磁极面；内磁环3和外磁环6在径向相互对应的磁极面是同磁性，如，一个内磁环3的轴向的某一側的磁极面是N极，而外磁环6所对应的的该轴向的磁极面也是同磁性的N极，这二者相互有径向的推斥力，而在轴向的另一側，内磁环3的磁极面是S极，则，它所对应的外磁环6的磁极面也是S极，二者也是相互有径向的推斥力，即，内磁环3受到外磁环6的两股径向的推斥力的园周状的向内的均衡挤压而在径向作磁悬浮在所对应的外磁环6的内中；另外，内磁环3和外磁环6在轴向也具有同磁性相斥的相互的推斥力；所述的成对反偏置是指，内磁环3和外磁环6在轴向的方位是相互偏置，即，内磁环3的内环中线13和所对应的外磁环6的外环中线16在轴向是不相互重叠，即，内环中线13是有一轴向开距17地偏离于所对应的外环中线16，而且转轴2两端的两个内磁环3的内环中线13各自的所述的偏离方向在轴向是相反方向；

实例2：采用成对反偏置磁悬浮轴承的全磁悬浮电机见附图2

全磁悬浮电机的机壳4内的中间是转轴2，转轴2的中部装有转子18，定子19装在机壳4内的相对应处；两端箍套有各一个磁悬浮状态的内磁环3的转轴2具有径向支承钢度地磁悬浮在定子19的内中；转轴2两端的两个内磁环3是相互反偏置，即，两个内环中线13各自偏离于所对应的外环中线16的偏离方向相反，即，都向着两个外环中线16的中间而偏离，则，两个内磁环3各自受到所对应的外磁环6的轴向推斥力F都是向着两个外环中线16的中间的方向，即，两个轴向推斥力F相反方向地向内对峙，则，转轴2在轴向的自由度上形成两个反向力的平衡；转轴2在径向磁悬浮的同时具有轴向支承钢度地定位于轴向力的平衡点处；电机成为全磁悬浮电机。

Claims

1.一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机，以两个成对反偏置的磁悬浮轴承取代了电机中原有的两个机械轴承而成为了全磁悬浮电机；其特征在于，所述的磁悬浮轴承由内磁环和同磁性的外磁环组成，所述的内磁环和外磁环都是永磁性圆磁环，而外磁环是有一径向间隙地处于内磁环的外圈；所述的内磁环和外磁环相互面对面的磁极面是同磁性，则所述的内磁环和外磁环在径向和轴向都具有相互推斥力；所述的成对反偏置的磁悬浮轴承是指，所述的内磁环和外磁环在轴向是相互偏置，即，两个成对的内磁环的内环中线都是有一轴向开距地偏离于各自所对应的外磁环的外环中线；且两个内磁环的内环中线各自的所述的偏离方向在轴向是相反方向；两个内磁环都分别受到了相对应的同磁性的外磁环的径向的向内的推斥力的均衡挤压，而两个内磁环又分别受到外磁环的的向着各自所偏离方向的轴向的推斥力，这两个推斥力方向相反；所述的全磁悬浮电机是，成对的两个内磁环是同轴于电机的转轴的中心线地箍套在转轴上的位于电机的转子的两端处，两个相对应的外磁环是分别地同轴地安装在电机的机壳内的相应处。

2.根据权利要求1所述的一种成对反偏置的磁悬浮轴承及其全磁悬浮电机，其特征在于，转轴两端成对的两个内磁环在径向都受到同磁性外磁环的圆周状的推斥力的向内均衡挤压而都磁悬浮在各自的外磁环的内中，则，两端箍套各一个磁悬浮状态的内磁环的转轴具有径向支承钢度地处于磁悬浮状态；所述的转轴两端的两个相互反偏置的内磁环受到各自的外磁环的轴向的推斥力是互为相反方向，则，所述的转轴在轴向的自由度上达到了轴向力的平衡，所述的转轴在作径向磁悬浮的同时具有轴向支承钢度地定位于所述的两个相反方向的轴向力的平衡点处；所述的电机成为全磁悬浮电机。