CN205937480U - 外磁环式永磁轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外磁环式永磁轴承，包括电机轴、上轴承法兰、下轴承法兰、动环、磁轭环、外磁环和护磁环，电机轴相对于上轴承法兰和下轴承法兰可转动，动环设在上轴承法兰和下轴承法兰之间且与电机轴固定相连，磁轭环设在动环与上轴承法兰之间且与上轴承法兰固定相连，磁轭环的下表面与动环的上表面间隔开，磁轭环的下表面设有沿磁轭环周向延伸的环形外磁环安装槽，外磁环由多个永磁块组成，每个永磁块分别形成为扇形，多个永磁块沿外磁环安装槽的径向插接在外磁环安装槽内并组合成与外磁环安装槽的形状相对应的环形，护磁环设在磁轭环上以固定外磁环。根据本实用新型的外磁环式永磁轴承,结构简单、安装方便，具有较大的轴向承载力。

Description

外磁环式永磁轴承

技术领域

本实用新型涉及磁悬浮轴承技术领域，特别涉及一种外磁环式永磁轴承。

背景技术

工业中存在许多立式轴系的旋转机械：比如离心机、分子泵、飞轮储能电源机组等，为实现高速轴系旋转支承、减少轴承损耗和提高轴承寿命广泛采用磁悬浮轴承。磁悬浮轴承主要包括永磁悬浮、电磁悬浮、混合磁悬浮轴承等。

其中，永磁轴承一般采用环形结构，分别由静环和动环组成，两环的中心轴线重合并与旋转机械的转子轴系轴线重合。两环之间存在一定间隙，由磁轭环、永磁环组成的静环通过结构件固定安装在机器壳体上，动环与转轴连接。永磁轴承在工作时，动环随转轴高速旋转，动环、静环之间的磁吸力可以实现转子的轴向悬浮，由于永磁轴承的吸力不稳定，一般需要配合机械定位轴承、电磁主动控制轴承使用。

永磁轴承作为一种被动磁轴承，不消耗能量，在高速离心机、分子泵、飞轮轴系悬浮中承担大部分轴系的重量，实现轴系的微损耗、长寿命支承。目前国内受充磁机规格限制，磁环外径很难大于120mm，由于永磁轴承的承载力受限于永磁环的尺寸，因此，传统的环形永磁轴承的承载力不超过1000N，不能用于重型机械。

相关技术中提出了一种拼装式内磁环式的永磁轴承，可以实现超过10000N的吸力，但静环的闭合磁路受到安装螺纹孔的影响，无法进一步实现超过50000N的更大承载力，而且结构复杂，安装难度较大。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型提出了一种外磁环式永磁轴承，所述外磁环式永磁轴承的结构简单、稳定性好、安装方便，可以有效地提高轴向承载力，增大应用范围。

根据本实用新型的外磁环式永磁轴承，包括电机轴、上轴承法兰、下轴承法兰、动环、磁轭环、外磁环和护磁环，所述上轴承法兰和所述下轴承法兰分别与所述电机轴的上端和下端通过轴承相连，所述电机轴相对于所述上轴承法兰和所述下轴承法兰可转动；所述动环设在所述上轴承法兰和所述下轴承法兰之间且与所述电机轴固定相连，所述动环与所述电机轴同步转动；所述磁轭环设在所述动环与所述上轴承法兰之间且与所述上轴承法兰固定相连，所述磁轭环的下表面与所述动环的上表面间隔开，所述磁轭环的下表面设有沿所述磁轭环的周向延伸的环形外磁环安装槽；所述外磁环由多个永磁块组成，每个所述永磁块分别形成为扇形，多个所述永磁块沿所述外磁环安装槽的径向插接在所述外磁环安装槽内并组合成与所述外磁环安装槽的形状相对应的环形；所述护磁环设在所述磁轭环上以固定所述外磁环。

根据本实用新型的外磁环式永磁轴承，通过在磁轭环下表面的环形外磁环安装槽内沿其径向插接多个扇形的永磁块，从而利用多个扇形的永磁块组合成外置的大尺寸的外磁环，实现大型永磁轴承的永磁环制作，进而有效地提高永磁轴承的轴向承载力，同时，利用磁轭环、动环以及多个扇形永磁块形成的外磁环结构形成小气隙闭合磁路，充分利用永磁特性，进一步提高该外磁环式永磁轴承的承载力，该外磁环式永磁轴承的结构简单、稳定性好、安装方便，可以有效地提高轴向承载力，增大应用范围。

另外，根据本实用新型的外磁环式永磁轴承，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述护磁环包括内护磁环和外护磁环，所述内护磁环设在外磁环安装槽的内圈以固定所述外磁环的内缘，所述外护磁环设在所述外磁环安装槽的外圈以固定所述外磁环的外缘。

根据本实用新型的一个实施例，所述内护磁环和所述外护磁环分别通过螺栓与所述磁轭环相连。

根据本实用新型的一个实施例，还包括：隔磁环，所述隔磁环设在所述磁轭环与所述上轴承法兰之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述隔磁环为不导磁材料件。

根据本实用新型的一个实施例，所述隔磁环为铝合金环、无磁不锈钢环或锡青铜环。

根据本实用新型的一个实施例，所述永磁块包括24个。

根据本实用新型的一个实施例，所述外磁环的内直径大于100mm，外直径大于200mm，且所述永磁块的外弧半径与内弧半径之差小于120mm。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的外磁环式永磁轴承的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的外磁环式永磁轴承的磁轭环与外磁环组装后的结构示意图。

附图标记：

100：外磁环式永磁轴承；

1(17)：滚动轴承；

2：轴承盖；

3(4、7、9)：内六角螺栓；

5：上轴承法兰；

6：隔磁环；

8：磁轭环；

10：外护磁环；

11：外磁环；

111：永磁块；

12：内护磁环；

13：动环；

131：内环形浅槽；132：外环形浅槽；

14：螺栓；

15：电机轴；

16：飞轮；

18：下轴承法兰。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面首先结合附图1和图2具体描述根据本实用新型实施例的外磁环式永磁轴承100。

根据本实用新型实施例的外磁环式永磁轴承100包括电机轴15、上轴承法兰5和下轴承法兰18、动环13、磁轭环8、外磁环11和护磁环。具体而言，上轴承法兰5和下轴承法兰18分别与电机轴15的上端和下端通过轴承相连，电机轴15相对于上轴承法兰5和下轴承法兰18可转动，动环13设在上轴承法兰5和下轴承法兰18之间且与电机轴15固定相连，动环13与电机轴15同步转动。

磁轭环8设在动环13与上轴承法兰5之间且与上轴承法兰5固定相连，磁轭环8的下表面与动环13的上表面间隔开，磁轭环8的下表面设有沿磁轭环8的周向延伸的环形外磁环安装槽，外磁环11由多个永磁块111组成，每个永磁块111分别形成为扇形，多个永磁块111沿外磁环安装槽的径向插接在外磁环安装槽内并组合成与外磁环安装槽的形状相对应的环形。

换言之，该外磁环式永磁轴承100主要由电机轴15、上轴承法兰5、下轴承法兰18、动环13、磁轭环8、外磁环11和护磁环组成，上轴承法兰5和下轴承法兰18分别与机组壳体(未示出)固定连接，安装有飞轮16的电机轴15沿竖直方向延伸且两端分别穿过上轴承法兰5和下轴承法兰18，滚动轴承17安装在下轴承法兰18的内圈上，电机轴15的下端通过滚动轴承17与下轴承法兰18相连，滚动轴承1安装在轴承盖2上与上轴承法兰5通过多个内六角螺栓3连接，从而使电机轴15的上端通过滚动轴承1与上轴承法兰5相连，电机轴15通过滚动轴承1和滚动轴承17且相对上轴承法兰5和下轴承法兰18可转动，滚动轴承1和滚动轴承17可以对电机轴15的轴向和径向实现定位限位。

进一步地，动环13设在上轴承法兰5和下轴承法兰18之间且动环13的中心线与电机轴15的中心轴线重合，动环13通过多个螺栓14固定在电机轴15上，从而使得动环13可随电机轴15一起转动。

磁轭环8大致形成纵截面形状为L形的环状结构，磁轭环8设在动环13与上轴承法兰5之间且磁轭环8的低端(即L形的低端或衔铁)位于内侧，磁轭环8的内端与上轴承法兰5通过多个内六角螺栓4固定连接，磁轭环8的下表面与动环13的上表面之间间隔开，以便于动环13随电机轴15的转动。

其中，磁轭环8下表面形成有沿磁轭环8周向延伸的环形外磁环安装槽。多个形成为扇形的永磁块111沿外磁环安装槽的径向插接在外磁环安装槽内，并且通过护磁环(即图1所示的外护磁环10和内护磁环12)固定在外磁环安装槽内，从而形成与外磁环安装槽形状相对应的外置的环形的外磁环(即外磁环在磁轭环8低端的外侧)。

由此，根据本实用新型实施例的外磁环式永磁轴承100，通过在磁轭环8下表面的环形外磁环安装槽内沿其径向插接多个扇形的永磁块111，从而利用多个扇形的永磁块111组合成外置的外磁环11，实现大型永磁轴承的外磁环制作，进而有效地提高永磁轴承的轴向承载力，同时，利用磁轭环8、动环13以及多个扇形永磁块111组成的外磁环形成小气隙闭合磁路，充分利用永磁特性，进一步提高该外磁环式永磁轴承100的承载力，该外磁环式永磁轴承100的结构简单、稳定性好、安装方便，可以有效地提高轴向承载力，增大应用范围。

在本实用新型的一些具体实施方式中，护磁环包括内护磁环12和外护磁环10，内护磁环12设在外磁环安装槽的内侧以固定外磁环11的内缘，外护磁环10设在外磁环安装槽的外侧以固定外磁环11的外缘。

如图1所示，护磁环包括设在外磁环安装槽内圈的内护磁环12和设在外磁环安装槽外圈的外护磁环10，内护磁环12将外磁环11的内缘与磁轭环8之间固定连接，外护磁环10将外磁环11的外缘与磁轭环8以及上轴承法兰5之间固定连接，从保证外磁环11的固定安装。由此，内护磁环12和外护磁环10不仅可以使外磁环11得到更加稳固地固定，而且可以减少对外磁环11的闭合磁路的影响。

可选地，内护磁环12和外护磁环10分别通过螺栓与磁轭环8相连。参照图1，内护磁环12通过内六角螺栓7与磁轭环8固定连接，从而夹紧外磁环11的内缘。外护磁环10由内六角螺栓9经过磁轭环8的过孔压紧连接在上轴承法兰5的内螺纹孔上，从而固定外磁环11的外缘，装拆方便，便于更换，连接可靠，有利于提高组装效率。

优选地，外护磁环10的内侧直径比外磁环11的名义外直径大0.3mm-0.5mm，从而有效地避免由于外磁环11的外直径加工的不圆度造成的外护磁环10不易安装。

此外，该外磁环式永磁轴承100还包括隔磁环6，隔磁环6设在磁轭环8与上轴承法兰5之间。

具体地，如图1所示，磁轭环8与上轴承法兰5之间安置有隔磁环6，内六角螺栓4和内六角螺栓9通过隔磁环6上的过孔将隔磁环6固定在磁轭环8和上轴承法兰5之间，从而有效地防止因外磁环式永磁轴承100的磁路泄漏而降低承载力。

有利地，隔磁环6为不导磁材料件。从而利用不导磁材料的不导磁特性，有效地防止由于L形截面磁轭环8、外磁环11、动环13结构之间形成的小气隙(1.5mm-2.0mm)闭合磁路的磁路泄露而降低承载力。

优选地，隔磁环6为铝合金环、无磁不锈钢环或锡青铜环。这里需要说明的是，隔磁环6的不导磁材料的具体选择可以根据实际设计需求而做出适应性改变，从而达到隔离磁路，防止磁路泄露的目的。

其中，永磁块111可以包括18个以上，例如，扇形永磁块111可以是24个，也可以是18个或30个。优选地，如图2所示，在本实施例中，扇形永磁块111包括24个，即外磁环11共24个扇形永磁块111组成，从而使每个扇形的扇形永磁块111形成为沿着环向延伸的小角度(小于等于20°)结构，进而使得相邻扇形永磁块111在拼装成外磁环11后相互排斥力夹角接近180度，从而减少扇形永磁块111受到的沿着径向向外移动的离心排斥力，便于用较小的挤压力实现向心拼装，使得拼装永磁环的结构稳定性更好。同时，拼接后的扇形永磁块111受到相邻两块永磁块111离心排斥合力小于扇形永磁块111受到磁轭环8吸引作用力产生的摩擦阻力，从而使得扇形永磁块111稳定贴合在磁轭环8上。

优选地，扇形永磁块111可以采用强磁材料NuFeB进行加工、制造，磁轭环8可以采用合金结构钢45进行加工、制造，动环13可以采用高强度导磁合金钢40Cr进行加工、制造。从而利用强磁材料的强磁特性，不仅可以保证扇形永磁块111稳固的吸引在磁轭环8上，而且与动环13之间产生较大的吸引力，提高承载能力。

可选地，外磁环11的内直径大于100mm，外直径大于200mm，且扇形永磁块111的外弧半径与内弧半径之差小于120mm。例如，外磁环11的内直径可以是280mm、300mm或320mm，外直径可以是440mm、480mm或520mm，对应的扇形永磁块111的外半径与内半径之差为80mm、90mm或100mm，其中，优选地，外磁环11的厚度为12mm-15mm，从而既保证外环式永磁轴承100的承载力，同时又能够使得扇形永磁块111便于在常规充磁机上实现轴向充磁。

具体地，如图1和图2所示，在本实施例中，外磁环11的内直径为300mm，外直径为480mm，扇形永磁块111的外弧半径与内弧半径之差为90mm，由此，多个扇形永磁块111组合成环形外磁环与L形磁轭环8以及动环13共同作用，对动环13产生较大的吸引力，进而承担大部分轴系的重量，实现轴系的微损耗、长寿命支承。

优选地，外磁环11的内径与L形磁轭环8的低端(即磁轭环8的突缘部分)的外径之差为10mm-15mm，从而在外磁环11的内缘与L形磁轭环8的低端外圈之间形成安装空间，方便内护磁环12的安装，进而固定外磁环11的内缘。

此外，在本实用新型的一些示例中，动环13上表面相对应内护磁环12、外护磁环10上分别设有内环形浅槽131和外环形浅槽132，从而形成包容内护磁环12、外护磁环10的的空间，从而进一步减少外磁环式永磁轴承100磁路的轴向气隙，充分利用永磁材料，提高轴向承载力。

根据本实用新型实施例的外磁环式永磁轴承100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种外磁环式永磁轴承，其特征在于，包括：

电机轴；

上轴承法兰和下轴承法兰，所述上轴承法兰和所述下轴承法兰分别与所述电机轴的上端和下端通过轴承相连，所述电机轴相对于所述上轴承法兰和所述下轴承法兰可转动；

动环，所述动环设在所述上轴承法兰和所述下轴承法兰之间且与所述电机轴固定相连，所述动环与所述电机轴同步转动；

磁轭环，所述磁轭环设在所述动环与所述上轴承法兰之间且与所述上轴承法兰固定相连，所述磁轭环的下表面与所述动环的上表面间隔开，所述磁轭环的下表面设有沿所述磁轭环的周向延伸的环形外磁环安装槽；

外磁环，所述外磁环由多个永磁块组成，每个所述永磁块分别形成为扇形，多个所述永磁块沿所述外磁环安装槽的径向插接在所述外磁环安装槽内并组合成与所述外磁环安装槽的形状相对应的环形；

护磁环，所述护磁环设在所述磁轭环上以固定所述外磁环。

2.根据权利要求1所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，所述护磁环包括内护磁环和外护磁环，所述内护磁环设在外磁环安装槽的内圈以固定所述外磁环的内缘，所述外护磁环设在所述外磁环安装槽的外圈以固定所述外磁环的外缘。

3.根据权利要求2所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，所述内护磁环和所述外护磁环分别通过螺栓与所述磁轭环相连。

4.根据权利要求1所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，还包括：隔磁环，所述隔磁环设在所述磁轭环与所述上轴承法兰之间。

5.根据权利要求4所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，所述隔磁环为不导磁材料件。

6.根据权利要求5所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，所述隔磁环为铝合金环、无磁不锈钢环或锡青铜环。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，所述永磁块包括24个。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的外磁环式永磁轴承，其特征在于，所述外磁环的内直径大于100mm，外直径大于200mm，且所述永磁块的外弧半径与内弧半径之差小于120mm。