CN204572787U - 一种永磁磁悬浮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁磁悬浮装置，包括径向外磁环（1）和径向内磁环（2）、轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4），相邻的径向外磁环（1）和相邻的径向内磁环（2）极性相反且相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的多组相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）以提供轴向调整力；相邻的轴向外磁环（3）和相邻的轴向内磁环（4）极性相反且相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）以提供径向悬浮调整力。本实用新型刚度高、结构简单且稳定性强。

Description

一种永磁磁悬浮装置

技术领域

 本实用新型涉及磁悬浮技术领域，具体地说是一种不借助任何外力、全靠永磁体磁场提供稳定轴向力和径向悬浮力的永磁磁悬浮装置。

背景技术

磁悬浮技术使转子与定子之间由气隙隔开，无机械接触，因而具有无磨损、能耗低、寿命长、无需润滑、无污染等优点。现有的磁悬浮技术通常利用永磁体同性相斥、异性相吸的磁力作用实现转子的悬浮支撑和轴向限位，结构相对简单，但刚度和稳定性较差，实用性不高。在1842年，英国著名学者恩绍提出了恩邵大定理：若单靠宏观的静态古典电磁力，稳定的磁悬浮是不可能实现的，这是因为在物体上所承受的各种合力，包括引力、静电场和静磁场会使物体变得不稳定。一百多年来，人们一直在挑战该定律，都以失败而告终。考虑到磁悬浮的优势，人们展开了电磁磁悬浮的研究，一般需在装置上额外增加支点或检测控制系统，虽然取得了很大的进展，由此也增加了结构的复杂性以及轴承体积、成本。如果全永磁磁悬浮取得成功，将是磁悬浮技术的一大飞跃，必然会迎来永磁磁悬浮的研究热潮。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有磁悬浮技术的不足，打破了背景技术中的恩绍大定理，提供一种能够提供稳定轴向力和径向悬浮力的永磁磁悬浮装置，该永磁磁悬浮装置利用永磁体磁力线有纵向抗拉伸力和横向抗压缩力的性质，使悬浮支撑力和轴向力与气隙磁力线相垂直，从而解决永磁体磁力不足，刚度、稳定性较差等问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种永磁磁悬浮装置，包括多组相对设置的径向外磁环和径向内磁环、以及多组相对设置的轴向外磁环和轴向内磁环，其特征在于：相邻的径向外磁环极性相反、相邻的径向内磁环极性相反且相对设置的径向外磁环和径向内磁环的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的多组相对设置的径向外磁环和径向内磁环以提供轴向调整力限制径向外磁环和径向内磁环的轴向相对移动；相邻的轴向外磁环极性相反、相邻的轴向内磁环极性相反且相对设置的轴向外磁环和轴向内磁环的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环和轴向内磁环以提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环和轴向内磁环的径向相对移动。

提供径向悬浮调整力的多组相对设置的轴向外磁环和轴向内磁环位于提供轴向调整力的多组相对设置的径向外磁环和径向内磁环的两侧以获得均衡的径向悬浮调整力。

相邻的径向外磁环之间采用介质隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的径向内磁环之间采用介质隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的轴向外磁环之间采用介质隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的轴向内磁环之间采用介质隔开且磁力大小相同、极性相反。

径向外磁环和径向内磁环之间具有气隙使得多组相对设置的径向外磁环和径向内磁环能够通过气隙起作用提供轴向调整力；且轴向外磁环和轴向内磁环之间具有气隙使得多组相对设置的轴向外磁环和轴向内磁环能够通过气隙起作用提供径向悬浮调整力。

所述的径向外磁环和径向内磁环采用磁场方向为径向的环形永磁体或磁场方向为径向的多块磁体粘成的环形永磁体；所述的轴向外磁环和轴向内磁环采用磁场方向为轴向的环形永磁体或磁场方向为轴向的多块磁体粘成的环形永磁体。

所述的径向外磁环固定在径向外磁圈的内圆周面上，而径向内磁环固定在与外磁圈的内圆周面上相对应的径向内磁圈的外圆周面上且径向内磁圈与径向外磁圈构成插套式不接触转动配合；所述的轴向内磁环固定在轴向内磁座上，而轴向外磁环固定在与轴向内磁座上的轴向内磁环相对应位置处的轴向外磁座上且轴向内磁座和轴向外磁座并列设置构成不接触转动配合。

所述的径向内磁圈和轴向内磁座一体设计构成内磁座，两个轴向外磁座分别通过螺钉安装在径向外磁圈的两侧端面上，其中内磁座的外圆周面上安装多组径向内磁环且径向外磁圈的内圆周面上安装多组与径向内磁环一一对应的径向外磁环，内磁座的两侧端面上分别安装多组轴向内磁环与两个轴向外磁座内侧端面上分别安装的多组轴向外磁环一一对应。

两个轴向内磁座分别通过螺钉安装在径向内磁圈的两侧端面上，两个轴向外磁座分别通过螺钉安装在径向外磁圈的两侧端面上，其中径向内磁圈的外圆周面上安装多组径向内磁环且径向外磁圈的内圆周面上安装多组与径向内磁环一一对应的径向外磁环；两个轴向内磁座的外侧端面上分别安装多组轴向内磁环与两个轴向外磁座内侧端面上分别安装的多组轴向外磁环一一对应。

两个轴向外磁座分别通过螺钉安装在径向外磁圈的两侧端面上，两个U型的轴向内磁座分别固定安装在径向内磁圈的两侧端面上，其中径向内磁圈的外圆周面上安装多组径向内磁环且径向外磁圈的内圆周面上安装多组与径向内磁环一一对应的径向外磁环；两个轴向外磁座的内圆周面上沿径向排布多组轴向外磁环，而每个轴向外磁环两侧的同一个轴向内磁座的两个内端面上皆分别设有与该轴向外磁环相对应设置的轴向内磁环。

两个轴向内磁座分别固定安装在径向内磁圈的两侧端面上使得两个轴向内磁座和径向内磁圈的截面形状呈H型，两个轴向外磁座分别通过螺钉安装在半截面形状呈T型的径向外磁圈的两侧端面上，其中径向内磁圈的外圆周面上安装多组径向内磁环且径向外磁圈的内圆周面上安装多组与径向内磁环一一对应的径向外磁环；轴向内磁座的端面两侧皆设置有沿径向排布的多组轴向内磁环，且与轴向内磁座的端面两侧相对应的轴向外磁座的内侧端面上和径向外磁圈的外侧端面上分别设有与轴向内磁环一一对应的轴向外磁环。

所述的径向外磁圈与轴向外磁座直接或间接固定连接且无相对运动，径向内磁圈与轴向内磁座直接或间接固定连接且无相对运动；使得所述的径向外磁圈和轴向外磁座与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈和轴向内磁座与转子直接或间接固定连接且随转子转动；或使得所述的径向外磁圈和轴向外磁座与转子直接或间接固定连接且随转子转动而径向内磁圈和轴向内磁座与定子直接或间接固定连接。

两个轴向外磁座分别通过螺钉安装在径向内磁圈的两侧端面上，径向外磁圈和轴向内磁座一体设计构成半截面形状呈T型的外磁座，其中外磁座的内圆周面上安装多组径向外磁环且径向内磁圈的外圆周面上安装多组与径向外磁环一一对应的径向内磁环，外磁座的两侧端面上分别安装多组轴向内磁环与两个轴向外磁座内侧端面上分别安装的多组轴向外磁环一一对应。

所述的径向外磁圈与轴向内磁座直接或间接固定连接且无相对运动，径向内磁圈与轴向外磁座直接或间接固定连接且无相对运动；使得所述的径向外磁圈和轴向内磁座与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈和轴向外磁座与转子直接或间接固定连接且随转子转动；或使得所述的径向外磁圈和轴向内磁座与转子直接或间接固定连接且随转子转动而径向内磁圈和轴向外磁座与定子直接或间接固定连接。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型中采用的每组对应设置的轴向外磁环和轴向内磁环之间、相邻的轴向外磁环之间和相邻的轴向内磁环之间极性相反，当由于轴的自重或轴向载荷使轴向内磁环有下移的倾向时，相对的轴向外磁环会对其产生径向引力、相邻的轴向外磁环会对其产生径向斥力以阻止轴的径向偏移，从而形成向上的支撑力，使轴具有径向的稳定性，反之对轴向外磁环亦是如此，但轴向磁环在轴向是不稳定的；而每组对应设置的径向外磁环和径向内磁环之间、相邻的径向外磁环之间和相邻的径向内磁环之间极性相反，一旦径向内磁环产生轴向偏移，相对径向外磁环会对其产生轴向引力，相邻的径向外磁环会对其产生轴向斥力，阻止轴的轴向偏移，从而形成稳定的轴向力，反之对径向外磁环亦是如此；轴向磁环和径向磁环的配合使用，使得轴实现悬浮并达到稳定性和刚度的要求，磁悬浮装置的刚度取决于轴向磁环和径向磁环的尺寸、数量和材料，可根据不同应用领域的刚度需求具体设计轴向磁环和径向磁环的结构，该永磁磁悬浮装置能够提供稳定的径向悬浮调整力和轴向调整力，旋转精度较高，具有结构简单、成本低、稳定性好、刚度大、便于安装和加工的优点，有较高的实用价值。

附图说明

附图1为本实用新型的永磁磁悬浮装置运行原理结构示意图；

附图2为附图1垂直于轴线的A-A截面结构示意图；

附图3为附图1垂直于轴线的B-B截面结构示意图。

附图4为本实用新型的永磁磁悬浮装置具体实施例一的结构示意图；

附图5为本实用新型的永磁磁悬浮装置具体实施例二的结构示意图；

附图6为本实用新型的永磁磁悬浮装置具体实施例三的结构示意图；

附图7为本实用新型的永磁磁悬浮装置具体实施例四的结构示意图；

附图8为本实用新型的永磁磁悬浮装置具体实施例五的结构示意图。

其中：1—径向外磁环；2—径向内磁环；3—轴向外磁环；4—轴向内磁环；5—介质；6—径向外磁圈；7—径向内磁圈；8—轴向内磁座；9—轴向外磁座；10—内磁座；11—螺钉；12—轴；13—外磁座。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1-8所示：一种永磁磁悬浮装置，包括多组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2、以及多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4，相邻的径向外磁环1极性相反、相邻的径向内磁环2极性相反且相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的多组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2以提供轴向调整力限制径向外磁环1和径向内磁环2的轴向相对移动；相邻的轴向外磁环3极性相反、相邻的轴向内磁环4极性相反且相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4以提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环3和轴向内磁环4的径向相对移动；且提供径向悬浮调整力的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4位于提供轴向调整力的多组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的两侧以获得均衡的径向悬浮调整力。

具体来说，径向外磁环1和径向内磁环2采用磁场方向为径向的环形永磁体或磁场方向为径向的多块磁体粘成的环形永磁体，轴向外磁环3和轴向内磁环4采用磁场方向为轴向的环形永磁体或磁场方向为轴向的多块磁体粘成的环形永磁体。相邻的径向外磁环1之间采用介质5隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的径向内磁环2之间采用介质5隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的轴向外磁环3之间采用介质5隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的轴向内磁环4之间采用介质5隔开且磁力大小相同、极性相反；但在实际操作中，还存在一种情况就是相邻的径向外磁环1之间、相邻的径向内磁环2之间、相邻的轴向外磁环3之间、相邻的轴向内磁环4之间都是采用直接接触，而不设置介质5。径向外磁环1和径向内磁环2之间具有气隙使得多组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2能够通过气隙起作用提供轴向调整力，且轴向外磁环3和轴向内磁环4之间具有气隙使得多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4能够通过气隙起作用提供径向悬浮调整力。

在辅助结构上，径向外磁环1固定在径向外磁圈6的内圆周面上，而径向内磁环2固定在与外磁圈6的内圆周面上相对应的径向内磁圈7的外圆周面上且径向内磁圈7与径向外磁圈6构成插套式不接触转动配合；轴向内磁环4固定在轴向内磁座8上，而轴向外磁环3固定在与轴向内磁座8上的轴向内磁环4相对应位置处的轴向外磁座9上且轴向内磁座8和轴向外磁座9并列设置构成不接触转动配合。在添加辅助结构后，一般会出现两种情况，一种情况是：径向外磁圈6与轴向外磁座9直接或间接固定连接且无相对运动，径向内磁圈7与轴向内磁座8直接或间接固定连接且无相对运动；使得径向外磁圈6和轴向外磁座9与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈7和轴向内磁座8与转子直接或间接固定连接且随转子转动；或使得径向外磁圈6和轴向外磁座9与转子直接或间接固定连接且随转子转动而径向内磁圈7和轴向内磁座8与定子直接或间接固定连接。第二种情况是：径向外磁圈6与轴向内磁座8直接或间接固定连接且无相对运动，径向内磁圈7与轴向外磁座9直接或间接固定连接且无相对运动；使得径向外磁圈6和轴向内磁座8与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈7和轴向外磁座9与转子直接或间接固定连接且随转子转动；或使得径向外磁圈6和轴向内磁座8与转子直接或间接固定连接且随转子转动而径向内磁圈7和轴向外磁座9与定子直接或间接固定连接。

下面分别通过原理阐述和具体实施例来进一步说明本实用新型提供的永磁磁悬浮装置。

如图1-3所示，一种永磁磁悬浮装置，包括相对设置的径向外磁圈6和径向内磁圈7、相对设置的轴向内磁座8和轴向外磁座9，两组轴向内磁座8和轴向外磁座9位于径向外磁圈6和径向内磁圈7的两侧，其中径向内磁圈7和轴向内磁座8固定在轴12上，径向内磁圈7与径向外磁圈6构成插套式不接触转动配合且轴向内磁座8和轴向外磁座9并列设置构成不接触转动配合。在径向外磁圈6的内圆周面上沿轴向布置有三块磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的径向外磁环1，相邻径向外磁环1之间采用介质5隔开且相邻的径向外磁环1极性相反，在径向内磁圈7的外圆周面上则沿轴向布置有三块对应径向外磁环1且磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的径向内磁环2，相邻径向内磁环2之间采用介质5隔开且相邻的径向内磁环2极性相反，同时相对布置的径向外磁环1和径向内磁环2极性亦相反；在单侧的轴向内磁座8上沿径向布置两块磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的轴向内磁环4，相邻轴向内磁环4之间采用介质5隔开且相邻的轴向内磁环4极性相反，在轴向外磁座9上与轴向内磁座8上的轴向内磁环4相对应的位置处沿径向布置有两块对应轴向内磁环4且磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的轴向外磁环3，相邻轴向外磁环3之间采用介质5隔开且相邻的轴向外磁环3极性相反，即一共四块轴向内磁环4和四块轴向外磁环3，同时相对布置的轴向外磁环3和轴向内磁环4极性亦相反。

该永磁磁悬浮装置运行时，径向外磁圈6和其两侧的轴向外磁座9固定不动，径向内磁圈7、轴向内磁座8固定安装在轴12上随轴12同步旋转。由于轴向内磁座8和轴向外磁座9上相对的轴向磁环极性相反、相邻的轴向磁环极性亦相反，当轴12产生径向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，轴向磁环之间会产生与偏移方向相反的径向调整力，以提供稳定的径向悬浮力；由于径向外磁圈6和径向外磁圈6上相对的径向磁环极性相反、相邻的径向磁环极性亦相反，当轴12产生轴向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，径向磁环之间会产生与偏移方向相反的轴向调整力，以提供稳定的轴向力，使得该永磁磁悬浮装置能够稳定运行。

实施例一

如图4所示：在该永磁磁悬浮装置中，径向内磁圈7和轴向内磁座8一体设计构成内磁座10，两个轴向外磁座9分别通过螺钉11安装在径向外磁圈6的两侧端面上，其中内磁座10的外圆周面上安装两组径向内磁环2且径向外磁圈6的内圆周面上安装两组与径向内磁环2一一对应的径向外磁环1，相邻的径向外磁环1极性相反、相邻的径向内磁环2极性相反且相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的两组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2能够相互作用提供轴向调整力限制径向外磁环1和径向内磁环2的轴向相对移动；内磁座10的两侧端面上分别安装两组轴向内磁环4与两个轴向外磁座9内侧端面上分别安装的两组轴向外磁环3一一对应，相邻的轴向外磁环3极性相反、相邻的轴向内磁环4极性相反且相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4能够相互作用提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环3和轴向内磁环4的径向相对移动。

该永磁磁悬浮装置运行时，径向外磁圈6和其两侧的轴向外磁座9固定不动，内磁座10固定安装在轴12上随轴12同步旋转。由于内磁座10和轴向外磁座9上相对的轴向磁环极性相反、相邻的轴向磁环极性亦相反，当轴12产生径向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，轴向磁环之间会产生与偏移方向相反的径向调整力，以提供稳定的径向悬浮力；由于径向外磁圈6和内磁座10上相对的径向磁环极性相反、相邻的径向磁环极性亦相反，当轴12产生轴向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，径向磁环之间会产生与偏移方向相反的轴向调整力，以提供稳定的轴向力，使得该永磁磁悬浮装置能够稳定运行。实施例一中所展示的永磁磁悬浮装置比原理说明中的永磁磁悬浮装置所需的轴向空间小。

实施例二

如图5所示：在该永磁磁悬浮装置中，两个轴向内磁座8分别通过螺钉11安装在径向内磁圈7的两侧端面上，两个轴向外磁座9分别通过螺钉11安装在径向外磁圈6的两侧端面上，其中径向内磁圈7的外圆周面上安装四组径向内磁环2且径向外磁圈6的内圆周面上安装四组与径向内磁环2一一对应的径向外磁环1，相邻的径向外磁环1极性相反、相邻的径向内磁环2极性相反且相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的两组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2能够提供相互作用轴向调整力限制径向外磁环1和径向内磁环2的轴向相对移动；两个轴向内磁座8的外侧端面上分别安装两组轴向内磁环4与两个轴向外磁座9内侧端面上分别安装的两组轴向外磁环3一一对应，相邻的轴向外磁环3极性相反、相邻的轴向内磁环4极性相反且相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4能够相互作用提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环3和轴向内磁环4的径向相对移动。

该永磁磁悬浮装置运行时，径向外磁圈6和其两侧的轴向外磁座9固定不动，径向内磁圈7、轴向内磁座8固定安装在轴12上随轴12同步旋转。由于轴向内磁座8和轴向外磁座9上相对的轴向磁环极性相反、相邻的轴向磁环极性亦相反，当轴12产生径向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，轴向磁环之间会产生与偏移方向相反的径向调整力，以提供稳定的径向悬浮力；由于径向外磁圈6和径向外磁圈6上相对的径向磁环极性相反、相邻的径向磁环极性亦相反，当轴12产生轴向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，径向磁环之间会产生与偏移方向相反的轴向调整力，以提供稳定的轴向力，使得该永磁磁悬浮装置能够稳定运行。

实施例三

如图6所示：在该永磁磁悬浮装置中，两个轴向外磁座9分别通过螺钉11安装在径向外磁圈6的两侧端面上，两个U型的轴向内磁座8分别固定安装在径向内磁圈7的两侧端面上，其中径向内磁圈7的外圆周面上安装四组径向内磁环2且径向外磁圈6的内圆周面上安装四组与径向内磁环2一一对应的径向外磁环1，相邻的径向外磁环1极性相反、相邻的径向内磁环2极性相反且相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的两组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2能够相互作用提供轴向调整力限制径向外磁环1和径向内磁环2的轴向相对移动；两个轴向外磁座9的内圆周面上各沿径向排布两组轴向外磁环3，而每个轴向外磁环3两侧的同一个轴向内磁座8的两个内端面上皆分别设有与该轴向外磁环3相对应设置的轴向内磁环4，即一共四组轴向外磁环3和与之对应的八组轴向内磁环4，相邻的轴向外磁环3极性相反、相邻的轴向内磁环4极性相反且相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4能够相互作用提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环3和轴向内磁环4的径向相对移动。

该永磁磁悬浮装置运行时，径向外磁圈6和其两侧的轴向外磁座9固定不动，径向内磁圈7、轴向内磁座8固定安装在轴12上随轴12同步旋转。由于轴向内磁座8和轴向外磁座9上相对的轴向磁环极性相反、相邻的轴向磁环极性亦相反，当轴12产生径向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，轴向磁环之间会产生与偏移方向相反的径向调整力，以提供稳定的径向悬浮力；由于径向外磁圈6和径向外磁圈6上相对的径向磁环极性相反、相邻的径向磁环极性亦相反，当轴12产生轴向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，径向磁环之间会产生与偏移方向相反的轴向调整力，以提供稳定的轴向力，使得该永磁磁悬浮装置能够稳定运行。与实施例二相比，实施例三所提供的永磁磁悬浮装置能够承受更大的径向力。

实施例四

如图7所示：在该永磁磁悬浮装置中，两个轴向内磁座8分别固定安装在径向内磁圈7的两侧端面上使得两个轴向内磁座8和径向内磁圈7的截面形状呈H型，两个轴向外磁座9分别通过螺钉11安装在半截面形状呈T型的径向外磁圈6的两侧端面上。其中径向内磁圈7的外圆周面上安装三组径向内磁环2且径向外磁圈6的内圆周面上安装三组与径向内磁环2一一对应的径向外磁环1，相邻的径向外磁环1极性相反、相邻的径向内磁环2极性相反且相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的两组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2能够相互作用提供轴向调整力限制径向外磁环1和径向内磁环2的轴向相对移动；在轴向内磁座8的端面两侧皆设置有沿径向排布的两组轴向内磁环4，且与轴向内磁座8的端面两侧相对应的轴向外磁座9的内侧端面上和径向外磁圈6的外侧端面上分别设有与轴向内磁环4一一对应的轴向外磁环3，即一共把组轴向外磁环3和与之对应的八组轴向内磁环4，相邻的轴向外磁环3极性相反、相邻的轴向内磁环4极性相反且相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4能够相互作用提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环3和轴向内磁环4的径向相对移动。

该永磁磁悬浮装置运行时，径向外磁圈6和其两侧的轴向外磁座9固定不动，径向内磁圈7、轴向内磁座8固定安装在轴12上随轴12同步旋转。由于轴向内磁座8和轴向外磁座9上相对的轴向磁环极性相反、相邻的轴向磁环极性亦相反，当轴12产生径向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，轴向磁环之间会产生与偏移方向相反的径向调整力，以提供稳定的径向悬浮力；由于径向外磁圈6和径向外磁圈6上相对的径向磁环极性相反、相邻的径向磁环极性亦相反，当轴12产生轴向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，径向磁环之间会产生与偏移方向相反的轴向调整力，以提供稳定的轴向力，使得该永磁磁悬浮装置能够稳定运行。与实施例三相比，实施例四所提供的永磁磁悬浮装置能够承受更大的径向力。

实施例五

如图8所示：在该永磁磁悬浮装置中，两个轴向外磁座9分别通过螺钉11安装在径向内磁圈7的两侧端面上，径向外磁圈6和轴向内磁座8一体设计构成半截面形状呈T型的外磁座13，其中外磁座13的内圆周面上安装三组径向外磁环1且径向内磁圈7的外圆周面上安装三组与径向外磁环1一一对应的径向内磁环2，相邻的径向外磁环1极性相反、相邻的径向内磁环2极性相反且相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的两组相对设置的径向外磁环1和径向内磁环2能够相互作用提供轴向调整力限制径向外磁环1和径向内磁环2的轴向相对移动；在外磁座13的两侧端面上分别安装两组轴向内磁环4与两个轴向外磁座9内侧端面上分别安装的两组轴向外磁环3一一对应，相邻的轴向外磁环3极性相反、相邻的轴向内磁环4极性相反且相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4的极性相反，同时磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4能够相互作用提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环3和轴向内磁环4的径向相对移动。

该永磁磁悬浮装置运行时，外磁座13固定不动，径向内磁圈7、轴向外磁座9固定安装在轴12上随轴12同步旋转。由于外磁座13和轴向外磁座9上相对的轴向磁环极性相反、相邻的轴向磁环极性亦相反，当轴12产生径向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，轴向磁环之间会产生与偏移方向相反的径向调整力，以提供稳定的径向悬浮力；由于外磁座13和径向外磁圈6上相对的径向磁环极性相反、相邻的径向磁环极性亦相反，当轴12产生轴向偏移时，在多极引力和斥力的耦合作用下，径向磁环之间会产生与偏移方向相反的轴向力，以提供稳定的轴向调整力，使得该永磁磁悬浮装置能够稳定运行。该实施例提供了一种新的连接方式，即径向外磁圈6与轴向内磁座8直接构成一体，径向内磁圈7与轴向外磁座9直接或间接固定连接且无相对运动；使得径向外磁圈6和轴向内磁座8与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈7和轴向外磁座9与转子直接或间接固定连接且随转子转动。

本实用新型中采用的每组对应设置的轴向外磁环3和轴向内磁环4之间、相邻的轴向外磁环3之间和相邻的轴向内磁环4之间极性相反，当由于轴的自重或轴向载荷使轴向内磁环4有下移的倾向时，相对的轴向外磁环3会对其产生径向引力、相邻的轴向外磁环3会对其产生径向斥力以阻止轴的径向偏移，从而形成向上的支撑力，使轴具有径向的稳定性，反之对轴向外磁环4亦是如此，但轴向磁环在轴向是不稳定的；而每组对应设置的径向外磁环1和径向内磁环2之间、相邻的径向外磁环1之间和相邻的径向内磁环2之间极性相反，一旦径向内磁环2产生轴向偏移，相对径向外磁环1会对其产生轴向引力，相邻的径向外磁环1会对其产生轴向斥力，阻止轴的轴向偏移，从而形成稳定的轴向力，反之对径向外磁环1亦是如此；通过轴向磁环和径向磁环的配合使用，使得轴实现悬浮并达到稳定性和刚度的要求，磁悬浮装置的刚度取决于轴向磁环和径向磁环的尺寸、数量和材料，可根据不同应用领域的刚度需求具体设计轴向磁环和径向磁环的结构，该永磁磁悬浮装置能够提供稳定的径向悬浮调整力和轴向调整力，旋转精度较高，具有结构简单、成本低、稳定性好、刚度大、便于安装和加工的优点，有较高的实用价值。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (13)

1.一种永磁磁悬浮装置，包括多组相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）、以及多组相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4），其特征在于：相邻的径向外磁环（1）极性相反、相邻的径向内磁环（2）极性相反且相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为径向的永磁体制成的多组相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）以提供轴向调整力限制径向外磁环（1）和径向内磁环（2）的轴向相对移动；相邻的轴向外磁环（3）极性相反、相邻的轴向内磁环（4）极性相反且相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）的极性相反，同时采用磁力大小相同、磁场为轴向的永磁体制成的多组相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）以提供径向悬浮调整力限制轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）的径向相对移动。

2.根据权利要求1所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：提供径向悬浮调整力的多组相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）位于提供轴向调整力的多组相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）的两侧以获得均衡的径向悬浮调整力。

3.根据权利要求1所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：相邻的径向外磁环（1）之间采用介质（5）隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的径向内磁环（2）之间采用介质（5）隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的轴向外磁环（3）之间采用介质（5）隔开且磁力大小相同、极性相反，相邻的轴向内磁环（4）之间采用介质（5）隔开且磁力大小相同、极性相反。

4.根据权利要求1所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：径向外磁环（1）和径向内磁环（2）之间具有气隙使得多组相对设置的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）能够通过气隙起作用提供轴向调整力；且轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）之间具有气隙使得多组相对设置的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）能够通过气隙起作用提供径向悬浮调整力。

5.根据权利要求1所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：所述的径向外磁环（1）和径向内磁环（2）采用磁场方向为径向的环形永磁体或磁场方向为径向的多块磁体粘成的环形永磁体；所述的轴向外磁环（3）和轴向内磁环（4）采用磁场方向为轴向的环形永磁体或磁场方向为轴向的多块磁体粘成的环形永磁体。

6.根据权利要求1所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：所述的径向外磁环（1）固定在径向外磁圈（6）的内圆周面上，而径向内磁环（2）固定在与外磁圈（6）的内圆周面上相对应的径向内磁圈（7）的外圆周面上且径向内磁圈（7）与径向外磁圈（6）构成插套式不接触转动配合；所述的轴向内磁环（4）固定在轴向内磁座（8）上，而轴向外磁环（3）固定在与轴向内磁座（8）上的轴向内磁环（4）相对应位置处的轴向外磁座（9）上且轴向内磁座（8）和轴向外磁座（9）并列设置构成不接触转动配合。

7.根据权利要求6所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：所述的径向内磁圈（7）和轴向内磁座（8）一体设计构成内磁座（10），两个轴向外磁座（9）分别通过螺钉（11）安装在径向外磁圈（6）的两侧端面上，其中内磁座（10）的外圆周面上安装多组径向内磁环（2）且径向外磁圈（6）的内圆周面上安装多组与径向内磁环（2）一一对应的径向外磁环（1），内磁座（10）的两侧端面上分别安装多组轴向内磁环（4）与两个轴向外磁座（9）内侧端面上分别安装的多组轴向外磁环（3）一一对应。

8.根据权利要求6所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：两个轴向内磁座（8）分别通过螺钉（11）安装在径向内磁圈（7）的两侧端面上，两个轴向外磁座（9）分别通过螺钉（11）安装在径向外磁圈（6）的两侧端面上，其中径向内磁圈（7）的外圆周面上安装多组径向内磁环（2）且径向外磁圈（6）的内圆周面上安装多组与径向内磁环（2）一一对应的径向外磁环（1）；两个轴向内磁座（8）的外侧端面上分别安装多组轴向内磁环（4）与两个轴向外磁座（9）内侧端面上分别安装的多组轴向外磁环（3）一一对应。

9.根据权利要求6所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：两个轴向外磁座（9）分别通过螺钉（11）安装在径向外磁圈（6）的两侧端面上，两个U型的轴向内磁座（8）分别固定安装在径向内磁圈（7）的两侧端面上，其中径向内磁圈（7）的外圆周面上安装多组径向内磁环（2）且径向外磁圈（6）的内圆周面上安装多组与径向内磁环（2）一一对应的径向外磁环（1）；两个轴向外磁座（9）的内圆周面上沿径向排布多组轴向外磁环（3），而每个轴向外磁环（3）两侧的同一个轴向内磁座（8）的两个内端面上皆分别设有与该轴向外磁环（3）相对应设置的轴向内磁环（4）。

10.根据权利要求6所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：两个轴向内磁座（8）分别固定安装在径向内磁圈（7）的两侧端面上使得两个轴向内磁座（8）和径向内磁圈（7）的截面形状呈H型，两个轴向外磁座（9）分别通过螺钉（11）安装在半截面形状呈T型的径向外磁圈（6）的两侧端面上，其中径向内磁圈（7）的外圆周面上安装多组径向内磁环（2）且径向外磁圈（6）的内圆周面上安装多组与径向内磁环（2）一一对应的径向外磁环（1）；轴向内磁座（8）的端面两侧皆设置有沿径向排布的多组轴向内磁环（4），且与轴向内磁座（8）的端面两侧相对应的轴向外磁座（9）的内侧端面上和径向外磁圈（6）的外侧端面上分别设有与轴向内磁环（4）一一对应的轴向外磁环（3）。

11.根据权利要求6-10任一所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：所述的径向外磁圈（6）与轴向外磁座（9）直接或间接固定连接且无相对运动，径向内磁圈（7）与轴向内磁座（8）直接或间接固定连接且无相对运动；使得所述的径向外磁圈（6）和轴向外磁座（9）与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈（7）和轴向内磁座（8）与转子直接或间接固定连接且随转子转动；或使得所述的径向外磁圈（6）和轴向外磁座（9）与转子直接或间接固定连接且随转子转动而径向内磁圈（7）和轴向内磁座（8）与定子直接或间接固定连接。

12.根据权利要求6所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：两个轴向外磁座（9）分别通过螺钉（11）安装在径向内磁圈（7）的两侧端面上，径向外磁圈（6）和轴向内磁座（8）一体设计构成半截面形状呈T型的外磁座（13），其中外磁座（13）的内圆周面上安装多组径向外磁环（1）且径向内磁圈（7）的外圆周面上安装多组与径向外磁环（1）一一对应的径向内磁环（2），外磁座（13）的两侧端面上分别安装多组轴向内磁环（4）与两个轴向外磁座（9）内侧端面上分别安装的多组轴向外磁环（3）一一对应。

13.根据权利要求6或12任一所述的永磁磁悬浮装置，其特征在于：所述的径向外磁圈（6）与轴向内磁座（8）直接或间接固定连接且无相对运动，径向内磁圈（7）与轴向外磁座（9）直接或间接固定连接且无相对运动；使得所述的径向外磁圈（6）和轴向内磁座（8）与定子直接或间接固定连接而径向内磁圈（7）和轴向外磁座（9）与转子直接或间接固定连接且随转子转动；或使得所述的径向外磁圈（6）和轴向内磁座（8）与转子直接或间接固定连接且随转子转动而径向内磁圈（7）和轴向外磁座（9）与定子直接或间接固定连接。