CN203362830U - 轴向单向推力永磁悬浮轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轴向单向推力永磁悬浮轴承，包括法兰端盖、座圈以及轴圈，其特征在于法兰端盖的下部设有第一永磁环，第一永磁环与轴圈上设置的第二永磁环形成一对静动永磁环且同极相对，彼此产生斥力，来承受轴向外载荷。轴圈下部与座圈之间有一组轴向陶瓷球组件，用于在本实用新型未工作状态下支撑轴圈；轴圈的两端均设有径向定位陶瓷球组件，用于保持轴圈在不产生径向偏移的情况下稳定运转。法兰端盖通过若干个内六角圆柱头螺栓和弹簧垫片与座圈固定连接，形成整体固定的法兰座圈。本实用新型结构简单可靠，自行组装容易，具有使用方便、摩擦力小、节能等优点，可以参照传统滚动轴承的尺寸来进行标准化、系列化生产，满足工业应用的要求。

Description

轴向单向推力永磁悬浮轴承

技术领域

本实用新型涉及轴承设计技术领域，尤其涉及一种轴向单向推力永磁悬浮轴承。

背景技术

磁悬浮轴承简称磁力轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使转子和定子之间只保持微摩擦接触的一种新型高性能轴承。由于转子、定子之间在主承载方向上不存机械上的接触摩擦，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无需润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。

磁悬浮轴承根据工作原理或磁力产生方式一般可以分为三类：主动磁悬浮轴承(Active Magnetic Bearing，简称AMB)，被动磁悬浮轴承(Passive Magnetic Bearing，简称PMB)，混合磁悬浮轴承(Hybrid Magnetic Bearing，简称HMB)。被动磁悬浮轴承又可分为：永磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、抗磁体磁悬浮轴承、电动力磁悬浮轴承。其中，永磁悬浮轴承(简称永磁轴承)是利用永磁体之间的作用力来实现悬浮物体在部分主承载自由度上的稳定悬浮。

时至今日，永磁悬浮依然面临着难以解决的技术难题。1842年，英国物理学家Earnshaw指出：一个相互作用力服从与距离平方成反比规律的体系不可能实现三维空间的稳定平衡。这一结论被十九世纪的伟大物理学家Maxwell做过引述和论证，随后Brown进行了推论，历经三个世纪发展成为Earnshaw定理：永磁悬浮轴承不可能在空间所有自由度上实现全永磁悬浮。因此想要得到稳定的平衡悬浮体系，至少要在一个自由度上引入主动外力(如电磁力、机械力)辅助支承进行补偿。

目前，永磁悬浮轴承尚处于实验研究阶段，由于磁铁不同极性接触时吸力很大，且没有专业化工厂制造生产，因此在自行组装和安装时将遭遇到很多困难和不便，不能在工业上得到大规模应用。若能研制一种能像滚动轴承那样能够标准化、系列化生产的永磁轴承，那么它一定会像滚动轴承那样在工业应用领域中得到大规模应用，同时也能促进永磁悬浮轴承事业的进一步发展。

实用新型内容

本实用新型为一种轴向单向推力永磁悬浮轴承, 包括：

法兰端盖，中心部分设置有通孔，所述法兰端盖下端面上设置有第一永磁环；

轴圈，一端设置于所述法兰端盖的所述通孔内，所述轴圈的外侧壁的中间部分上设置有第一凸起环，所述第一凸起环的上端面与所述法兰端盖的下端面相对，且所述第一凸起环的上端面上设置有与所述第一永磁环同极相对的第二永磁环；

座圈，套设于所述法兰端盖和所述轴圈上，所述座圈的上端面通过连接部件与所述法兰端盖相连；

陶瓷球组件，设置于所述轴圈与所述法兰端盖和所述座圈之间。

一些实施例中，所述法兰端盖、轴圈、座圈以及连接部件采用非磁性材料。

一些实施例中，所述陶瓷球组件包括轴向陶瓷球组件，所述座圈下端的内侧壁上设置有第二凸起环，所述第二凸起环的上端面与所述第一凸起环的下端面相对，所述轴向陶瓷球组件设置于所述第二凸起环的上端面与所述第一凸起环的下端面之间。

一些实施例中，所述陶瓷球组件包括径向陶瓷球组件，所述轴圈的上下端分别与所述法兰端盖上的所述通孔的内侧壁和所述第二凸起环的内侧壁之间均设置有所述径向陶瓷球组件。

一些实施例中，所述连接部件包括内六角圆柱头螺栓和弹簧垫片，所述座圈的上端面与所述法兰端盖的下端面之间通过所述六角圆柱头螺栓和弹簧垫片相连。

本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有的优点和积极效果为：

本实用新型提供的轴向单向推力永磁悬浮轴承结构简单可靠，减少了目前永磁悬浮轴承散件自行组装带来的不便的问题，本实用新型具有使用方便、摩擦力矩小、节能以及无需润滑、无污染、适应于大规模应用等优点，同时可以在恶劣环境下长期工作。

附图说明

结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本实用新型的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本实用新型的结构示意图

符号说明：

1-轴圈

11-第一凸起环

2-内六角圆柱头螺栓

3-弹簧垫片

4-法兰端盖

51-第一永磁环

52-第二永磁环

6-轴向陶瓷球组件

7-径向陶瓷球组件

8-座圈

81-第二凸起环

具体实施方式

参见本实用新型实施例示出的附图，下文将更详细地描述本实用新型。然而，本实用新型可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本实用新型的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参考图1，本实用新型提供了一种轴向单向推力永磁悬浮轴承，包括法兰端盖4、轴圈1、座圈8，座圈8套设于法兰端盖4的下端通过连接部件连接形成一整体固定的法兰座圈，轴圈1设置于座圈8与法兰端盖4连接形成的法兰座圈内，且轴圈1与法兰端盖4之间设置有一对静动永磁环。其中，法兰端盖、轴圈、座圈以及连接部件均采用非磁性材料。此外，轴圈1与法兰端盖4和座圈8之间还设置有陶瓷球组件。本实用新型提供的轴向单向推力永磁悬浮轴承在具体使用过程中，一目标转轴穿过轴圈1。

具体的，法兰端盖4分为法兰盘部分以及轴颈部分，轴颈部分位于法兰盘下端的中心位置上，且法兰端盖4的中心部位上设置有通孔；轴圈1外侧壁的中间部位上设置有第一凸起环11，轴圈1的上端设置于法兰端盖4的通孔内，且第一凸起环11的上端面与法兰端盖4的轴颈的下端面相对；法兰端盖4的轴颈的下端面上设置有第一永磁环51，第一凸起环11的上端面上设置有第二永磁环52，第一永磁环51和第二永磁环52同极相对，两者之间产生斥力，用来承受轴向外载荷。

在本实施例中，座圈8套设于法兰端盖4下端的轴颈上，且座圈8的上表面与法兰端盖4的法兰盘的下端面之间通过连接部件相连，连接部件可采用内六角圆柱头螺栓2和与之配合的弹簧垫片3，因此座圈8与法兰端盖4通过若干内六角圆柱头螺栓2配合弹簧垫片3与法兰端盖4固定连接，形成轴向单向推力永磁悬浮轴承的整体固定的法兰座圈，轴圈1整个位于该法兰座圈内，如图1所示。当然连接部件也可通过其他形式来实现，此处不作限制。

在本实施例中，座圈8下端的内侧壁上设置有第二凸起环81，第二凸起环81的上端面与第一凸起环11的下端面相对，且第一凸起环11与第二凸起环81之间设置有轴向陶瓷球组件6，该轴向陶瓷球组件6一方面用于支撑轴圈，另一方面在使用过程中用来辅助承受轴向外载荷。轴圈1的上、下端与法兰端盖4内侧壁和第二凸起环81的内侧壁之间均设置有径向陶瓷球组件7，该径向陶瓷球组件7相当于一般轴承内设置的保持架，径向陶瓷球组件7一方面对轴圈以及转轴进行径向辅助定位，另一方面用来辅助承受径向外载荷，其中轴圈和转轴定位精度越高轴圈和转轴所受的径向磁力越小，轴向单向推力永磁悬浮轴承的摩擦力矩越小，从而可提高转轴的转速并且经久耐用，可以减少能量的损耗，达到节能的目的。

本实用新型提供的轴向单向推力永磁悬浮轴承的工作原理如下：

首先将轴圈1设置于法兰端盖4上，再将座圈8套设于轴圈1和法兰端盖4上，并通过轴圈1上下端的径向陶瓷球轴承7对轴圈1进行定位，最后通过若干内六角圆柱头螺栓3和弹簧垫片4将座圈8和法兰端盖4固定连接，从而形成了整个轴向单向推力永磁悬浮轴承。

本实用新型在具体实施过程中，轴向单向推力永磁悬浮轴承套设于一转轴上，法兰端盖4上设置安装孔，轴向单向推力永磁悬浮轴承通过安装孔固定到目标位置上。转轴未工作前，此时轴向单向推力永磁悬浮轴承不承受轴向外载荷，由于第一永磁环与第二永磁环之间产生斥力，该斥力由轴向陶瓷球组件6来平衡，所以轴向陶瓷球组件6用于支撑轴圈1，起到保护的作用；径向上陶瓷球组件7对轴圈1以及转轴进行径向辅助定位，定位精度越高轴圈1以及转轴所受的径向磁力越小，才会使得轴向单向推力永磁悬浮轴承在工作过程中的摩擦力矩越小。

当转轴工作后，法兰端盖4和座圈8主要承受单向外载荷，在径向上陶瓷球组件7的作用下使转轴保持径向定位，使第一永磁环51与第二永磁环52间恰好同性相斥，没有径向偏移，两者之间轴向上有一定的间隙，没有任何摩擦，完全依靠第一永磁环与第二永磁环之间的斥力来达到轴向主承载力的平衡，从而在轴向主承载上保持稳定悬浮，轴向单向推力永磁悬浮轴承处于正常工作状态，摩擦力矩非常小，从而可提高转轴的转速并且经久耐用，可以减少能量的损耗，达到节能的目的。

在本实用新型工作过程中，第一永磁环51和第二永磁环52主要用于承受轴向单向外载荷，而起定位保护作用的轴向陶瓷球组件6还可辅助承受另一方向的轴向外载荷，起定位保护作用的径向陶瓷球组件7还可辅助承受径向外载荷，故本实用新型主要利用轴向磁悬浮力承受轴向单向外载荷，又可利用陶瓷球组件辅助承受另一轴向和径向外载荷。

本实用新型提供的轴向单向推力永磁悬浮轴承结构简单可靠、减少了目前永磁悬浮轴承散件自行组装带来的不便，具有使用方便、摩擦力矩小、节能以及无需润滑、无污染、适应于大规模应用等优点，同时可以在恶劣环境下长期工作。在实际应用中，使用者选用轴向单向推力永磁悬浮轴承主要承受轴向单向外载荷时只需知道轴圈1的内径d、法兰座圈的连接尺寸等轴承规格尺寸和轴向单向外载荷，就能像选用推力滚动轴承那样方便地将其设计到主机中进行使用，满足主要承受轴向单向外载荷的工业应用要求，而对于轴承制造厂家易于进行标准化、系列化生产。

 综上所述，本实用新型提供了一种轴向单向推力永磁悬浮轴承，包括法兰端盖、座圈以及轴圈，其特征在于法兰端盖的下部设有第一永磁环，第一永磁环与轴圈上的第二永磁环形成一对静动永磁环且同极相对，彼此产生斥力，来承受轴向外载荷。轴圈下部与座圈之间有一组轴向陶瓷球组件，用于在本实用新型未工作状态下支撑轴圈；轴圈的两端均设有径向定位陶瓷球组件，用于保持轴圈在不产生径向偏移的情况下稳定运转。法兰端盖通过若干个内六角圆柱头螺栓和弹簧垫片与座圈固定连接，形成整体固定的法兰座圈。本实用新型结构简单可靠，自行组装容易，具有使用方便、摩擦力小、节能等优点，可以参照传统滚动轴承的尺寸来进行标准化、系列化生产，满足工业应用的要求。

本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本实用新型的精神或范围。尽管也已描述了本实用新型的实施例，应理解本实用新型不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本实用新型精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (5)

1.一种轴向单向推力永磁悬浮轴承，其特征在于，包括：

法兰端盖，中心部分设置有通孔，所述法兰端盖下端面上设置有第一永磁环；

轴圈，一端设置于所述法兰端盖的所述通孔内，所述轴圈的外侧壁的中间部分上设置有第一凸起环，所述第一凸起环的上端面与所述法兰端盖的下端面相对，且所述第一凸起环的上端面上设置有与所述第一永磁环同极相对的第二永磁环；

座圈，套设于所述法兰端盖和所述轴圈上，所述座圈的上端面通过连接部件与所述法兰端盖相连；

陶瓷球组件，设置于所述轴圈与所述法兰端盖和所述座圈之间。

2.根据权利要求1所述的轴向单向推力永磁悬浮轴承，其特征在于，所述法兰端盖、轴圈、座圈以及连接部件采用非磁性材料。

3.根据权利要求1所述的轴向单向推力永磁悬浮轴承，其特征在于，所述陶瓷球组件包括轴向陶瓷球组件，所述座圈下端的内侧壁上设置有第二凸起环，所述第二凸起环的上端面与所述第一凸起环的下端面相对，所述轴向陶瓷球组件设置于所述第二凸起环的上端面与所述第一凸起环的下端面之间。

4.根据权利要求1或3所述的轴向单向推力永磁悬浮轴承，其特征在于，所述陶瓷球组件包括径向陶瓷球组件，所述轴圈的上下端分别与所述法兰端盖上的所述通孔的内侧壁和所述第二凸起环的内侧壁之间均设置有所述径向陶瓷球组件。

5.根据权利要求1所述的轴向单向推力永磁悬浮轴承，其特征在于，所述连接部件包括内六角圆柱头螺栓和弹簧垫片，所述座圈的上端面与所述法兰端盖的下端面之间通过所述六角圆柱头螺栓和弹簧垫片相连。

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