CN218582080U - 一种磁性流体自密封轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性流体自密封轴承，包括外壳套、磁势源、左磁轭、右磁轭、转轴或轴套、极齿、磁性流体，极齿位于左磁轭、右磁轭之间并固定在转轴或轴套上，极齿上设有沟槽，极齿与磁轭之间留有间隙，左磁轭、右磁轭上分别辐射设有内测出流通道和外测进流通道，两通道之间连通，通道上设有节流器并通过管路连接有磁流体加注阀等，间隙内和流道内注有磁性流体，极齿静止时，磁性流体靠磁力和黏附力产生静密封力；极齿旋转时，极齿表面对磁性流体产生离心力及泵送循环和加压作用，从而提高散热、承载和密封能力，特别适用于高速、重载工况下运行，该磁性流体自密封轴承，还可单独作为旋转密封旋转或旋转电极使用。

Description

一种磁性流体自密封轴承

技术领域

本发明属于旋转机械的支承、密封和高速集电环领域，特别涉及到轴承及其在承受重载、高速、大压差条件下的承载、润滑、密封和冷却一体化轴承结构。

背景技术

目前的机械旋转支承系统，在重载、高速工况下，除了采用磁悬浮轴承外，一般采用静压滑动轴承、或静动压滑动轴承，这两类轴承一是所需润滑介质由外部高压气体或高压液体的子系统提供，增加了系统的体积和复杂性；二是存在润滑介质的回流和泄漏问题，使得应用场所受到限制；三是在特殊应用场合还需要加装单独的密封装置和冷却装置，使整个旋转系统体积增大。例如汽轮机上采用的气体或液体静压轴承或动静压轴承系统，其润滑介质由轴承外部的高压气体或液体润滑剂供给子系统提供，同时需要加装单独的密封子系统。为了提高轴承的使用寿命，轴承还需配有冷却循环子系统。由这些子系统组成的机械旋转支撑系统，占用空间大，运行稳定性差，运行损耗大，运行成本高。再如：新型高速铁路牵引电机转速高，机车运行速度在200km/h以上，牵引电机转速都在每分钟几万转，采用传统的滚动轴承、静压空气轴承和静压油膜轴承，其供油或供气子系统、密封子系统、冷却子系统的可靠性、轴承的振动和噪声、防尘和防水及空间尺寸等性能已很难满足要求。

磁性流体是一种既具有液态流体特性，又具有一定固体磁性材料的电磁特性的稳定悬浮液。磁性流体由磁性粒子、表面活性剂以及基载液组成，它根据磁性流体载液的不同，分为水基、有机载液基、液态金属基，其中液态金属基又分为水银基、镓基合金基等。人们有时将磁性流体简称为磁流体。

磁性流体轴承具有承载和自密封能力，一般由轴承内套、外套、励磁磁体、灌注在轴套与转轴之间的磁性流体等组成。中国知网上作者金帅的一篇论文《磁流体轴承研究现状及其在高速铁路领域的应用展望》中指出：由于磁性粒子的径向尺寸比轴承间隙小3-4个数量级，因此他们不会受到磨损；由于励磁磁体的磁场与磁性流体之间作用，使得磁流体轴承具有一定的自密封性能，不会发生泄漏，同时外面的污染物也无法进入轴承内部间隙，可以在低速或静止状态下保持一定的密封性和油膜润滑，不需外供润滑油子系统和其它机械密封子系统，因此，磁流体轴承具有密封性能好、体积小、防震能力强、回转精度高、噪声低、适合高速运转的特点。

近几年，基于磁性流体技术在旋转支撑、密封、润滑及冷却方面的应用得到了不断发展，但由于现有磁流体轴承存在结构性问题，在高速、重载情况下转轴或轴套会对磁流体会产生很大的离心力和摩擦热，从而使磁流体产生抛甩泄漏、承载能力下降、密封能力下降、磁势源退磁等问题。因此磁性流体轴承及其相关应用仍然存在不少需要解决的问题。

（1）在磁流体轴承的承载、润滑方面，为了提高承载能力和润滑性能，人们采用磁流体作为润滑剂的同时，还利用励磁磁场对磁流体中磁性粒子的聚集作用，提高承载能力。为了解决离心力对磁流体产生的抛甩泄漏问题，对比文献1（CN202010343564.0）的“一种磁流体轴承”中所设的涡轮风扇具有一定的提高高速时的承载能力和防止磁流体的抛甩泄漏，但由于其轴承内圈对励磁永磁体会产生磁路短路，造成永磁体的磁场对磁流体的磁化吸附作用和提高承载能力大大减小，该专利对其冷却散热主要靠涡轮风扇进行，但涡轮风扇所安装的位置无法形成空气换流，对提高散热效果是极其有限的，在高速、高温时，油膜会被破坏，磁流体粘度下降，永磁体退磁失效，其承载能力、密封能力和润滑性能仍然会下降或失效。对比文献2（CN201711483127.3）的“磁流体滑动轴承”，由于其锥形自密封轴承内套和自密封轴承外套都是导磁材料，励磁线圈产生的磁场主要经过轴承内套和轴承外套，磁流体的磁性粒子或磁畴是平行于轴向方向的，不仅对磁流体的激磁作用很小，而且磁性粒子或磁畴垂直于轴表面的作用也很小，承载能力很小。要提高对磁流体的励磁作用，即提高承载能力，必须采用很大的励磁电流，这又造成能耗增加及自密封轴承温度升高。

（2）在磁流体用于密封方面，为了达到旋转轴系润滑剂的近零泄漏问题，人们对于低压差环境，如真空泵的轴密封，采用磁流体单级或多级密封；对于高压差环境，如高压压缩机的轴密封，高压反应釜的搅拌轴的密封，人们除采用磁流体密封外，还要附加其它机械密封。特别是在重载、高速、高温情况下，长期运行时其机械密封会经常失效，磁流体的密封能力会大大减弱或被破坏。对比文件3（专利号CN2017113263225.9）的“一种阶梯式磁流体密封装置”能够有效地防止磁流体抛甩泄漏，确保密封效果，但在高速运行时，其散热问题难以解决，同时该装置不具有承载功能。

（3）在磁流体轴承的冷却方面，在高速、重载情况下，磁流体轴承会严重发热，没有冷却时，永磁体会出现退磁，磁流体会被稀化，从而造成承载能力、密封能力和润滑性能大大下降。为了解决磁流体轴承的冷却散热，人们采取了各种不同的方法，例如：对比文献4（专利号为CN03228086.6）的“磁流体滑动轴承散热风扇”，冷却散热是靠在轮毂上外加风扇实现的。又如：上述对比文献2（专利号为CN201711483127.3）的“磁流体滑动轴承”和对比文献5（专利号为CN201810312388.7）的“一种磁流体滑动轴承”，都没有单设冷却散热结构和措施，冷却效果差。再如：对比文献6（专利申请号为200820155225.4）的“磁流体冷却结构及相应的磁流体密封装置”，是靠外部泵送冷却液冷却磁流体及永磁体的。

对比文件7，本发明人申请的（发明专利号为202122988716.5、实用新型专利号为202111453492.6）“一种磁流体轴承”，能够有效解决中大型轴承的承载、密封、散热、润滑等问题，但对于小型轴承系统其结构较为复杂，体积较大，成本较高的问题。

磁流体轴承的承载能力、高速性能、润滑性能、密封能力等与轴承结构及尺寸、磁流体种类、冷却能力的关系十分密切。

（4）在电机、电器所需的集电环方面，大功率、高速情况下，集电环要承受大电流，高线速度，采用固态电刷的许用线速度，根据不同材质在40~90米/秒以下，电流密度在12~47安/厘米^2以下。采用液态金属集电极的许用线速度最高可达150米/秒，电流密度300~40000安/厘米^2。目前最佳的方式是采用液态金属集电极。但由于受到高线速度的离心力及摩擦发热的影响，集电极液态金属的防泄漏和冷却成为关键问题，对比文献8（知网论文）《单极电机液态金属集电装置研究》提出的解决方案，其结构十分复杂，且不具有承载和自循环冷却能力。要解决集电极的润滑、冷却、密封等问题，必须采取综合解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型磁性流体自密封轴承，能够解决高速运行时磁性流体抛甩泄漏、散热、承载能力低、密封能力低等难题，提高运行的可靠性，减小整体尺寸，降低运行成本。同时扩展到用于旋转密封和高速集电环领域。

本发明提供的技术方案如下：

一种磁性流体自密封轴承，包括外壳套、磁势源、磁轭、转轴或轴套、磁性流体；所述磁轭分为左磁轭、右磁轭，所述磁势源位于左磁轭与右磁轭之间或左磁轭、右磁轭与外壳套之间，所述左磁轭、磁势源、右磁轭封装在外壳套内；

所述转轴或轴套上设有极齿，所述极齿固定在转轴或轴套上并位于所述左磁轭、右磁轭之间，所述极齿的截面轮廓形状是左右对称的三角形或矩形或梯形或M形或倒W形或弧形或圆弧形等，或是左右不对称的三角形或矩形或梯形或阶梯形或M形或倒W形或弧形或圆弧形等，在所述磁轭内表面对应的所述极齿的表面上开设有沟槽或齿槽，所述极齿至少有一个极齿，所述左磁轭、右磁轭、极齿是导磁材料；

所述左磁轭、磁势源、右磁轭与极齿和转轴或轴套之间留有间隙，所述磁性流体注入所述间隙内；

所述左磁轭、右磁轭上或其中一个磁轭上开设有辐射的至少一条外侧进流通道和至少一条内侧出流通道，外侧进流通道的内端口与对应的极齿根部处的间隙连通，内侧出流通道的内端口与对应的极齿外圆面处的间隙连通；外侧进流通道的外端口与内侧出流通道的外端口连通；外侧进流通道和内侧出流通道可以是沿圆周均布，也可以根据载荷区域位置和载荷要求大小沿圆周非均匀布置，磁流体产生的最大径向压力设在承载区域内；极齿根部可设有环形汇流槽；

所述外壳套上或在左磁轭或在右磁轭或在左右磁轭上直接或通过管路设有磁流体加注孔和封闭塞或阀门。所述各外侧进流通道与各内侧出流通道内充满磁性流体。

所述极齿外轮廓面与转轴或轴套同心，左磁轭、磁势源、右磁轭组成后的内轮廓面可以是与极齿同心，也可以是有一定偏心距，可以是圆面形，也可以是蜗壳形，或是在不同角度位置上设有不同弧度轮廓面体；

所述极齿为圆弧形极齿时，磁轭与励磁磁势源内轮廓面与极齿外轮廓面形状相吻合，可设计成关节轴承；

所述左磁轭上、右磁轭上的外侧进流通道可以是直线流道也可以是曲线流道，外侧进流通道的出流口的朝向优选对准或基本对准磁性流体在极齿表面的流动方向，以防止高离心压力时，回流的磁性流体向磁轭与转轴或轴套之间的间隙流动；

所述磁势源可以是永磁磁势源，也可以是电磁磁势源，或是由永磁与电磁磁势源组合的混合磁势源；磁势源可以位于左磁轭与右磁轭之间，也可以位于左磁轭和右磁轭与外壳套之间，或位于一个磁轭与外壳套之间。

所述磁流体自密封轴承可以是由多个并列组合成的磁流体自密封轴承组使用，两个磁流体密封轴承轴向之间可以靠在一起，也可以间隔一空间，并通过一连接套密封连接在一起，其所述空间内可以用于安装保护自密封轴承，或者外壳套上设有与其空间连通的管路和介质注入阀，注入的介质可以根据需要选择惰性气体、液态金属、冷却液体或抽成真空等，以起到隔离保护或增加承载能力或密封能力的作用。外壳套上还可以设有与其空间连通的管路、散热器和循环泵并注入液态金属或导热介质，以提高散热能力。

所述磁性流体加注孔或阀门所处位置高于所述外壳套的位置，即对于横向卧式安装的轴或纵向立式安装的轴，所述磁性流体加注孔或阀门都应安放在高于外壳套或外极板所处位置，以确保运行时磁性流体靠重力作用与极齿、磁轭表面等接触良好。所述阀门还可以起到放气的作用。

在左磁轭或右磁轭或外壳套上可以设有冷却通道，冷却通道内有冷却介质，冷却通道的进流口与内侧出流通道连通，冷却通道的出流口与外侧进流通道连通；或在左磁轭或右磁轭或外壳套上可以设有冷却通道，冷却通道内有冷却介质，冷却介质通过外接管路和循环泵与冷却器或加热热源耦合。所述冷却介质与冷却器或加热热源耦合，是指：在运行时，磁性流体温度会上升，磁性流体通过冷却器或换热器与外部低温冷却介质耦合冷却散热；在外部环境温度较低时，可由外部热源加热并通过冷却器或换热器将热量耦合到磁性流体，以防止磁性流体凝固。所述磁性流体包括磁性固体颗粒的粒径10纳米以下的磁流体或磁性固体颗粒的粒径是纳米级或大于纳米级的磁流变液。所述磁性流体的载液包括：水基或有机载液基或液态金属基等，所述磁性流体自密封轴承优先采用镓基合金液态金属作为磁性流体基液。所述磁性流体自密封轴承的磁轭与极齿之间的间隙为0.03mm-6mm。

本技术方案中所述极齿的尺寸与已有磁流体密封装置技术方案中所表述的极齿尺寸的明显区别在于：本技术方案中所述极齿的尺寸远大于已有磁流体密封装置技术方案中所表述的极齿尺寸，本技术方案中所述极齿表面上开设的齿槽或沟槽的尺寸范围相当于已有磁流体密封装置技术方案中的极齿尺寸范围，即已有技术方案中的齿槽或沟槽就本技术方案中的极齿而言是设在极齿上。

本技术方案中的磁势源的励磁磁力线必然通过极齿与磁轭之间的磁流体，使磁流体中的磁极性粒子或磁畴转向磁力线方向，即磁势源励磁时磁极性粒子或磁畴的方向垂直于磁轭和极齿表面，从而提高承载能力和密封能力，减小励磁磁势。

本发明申请文件中，所述“左”、“右”是对应于卧式放置或安装轴时要素的相对位置的习惯性表述，对于立式放置或安装则属于“上”、“下”关系；所述“内”、“外”或“内侧”、“外侧”是相对于某一要素或某一零件而言。

所述磁性流体自密封轴承组装时的步骤：

（1）对于单极齿式磁性流体自密封轴承：第一步，安装并固定左磁轭或右磁轭；第二步，安装励磁磁势源；第三步，安装带有单极齿的转轴或带有单极齿的轴套；第四步，安装并固定右磁轭或左磁轭。

（2）对于双极齿式磁性流体自密封轴承：第一步，安装并固定左磁轭或右磁轭；第二步，安装第一个极齿及转轴或轴套；第三步，安装励磁磁势源；第四步，安装第二个极齿；第五步，安装并固定右磁轭或左磁轭。

（3）多极齿式磁性流体自密封轴承的组装与上述步骤类同。组装时，磁轭、磁势源的外表面上可涂有一层耐高温胶粘密封剂或用密封圈密封；极齿与转轴或轴套之间的组装可采用冷、热组装工艺。

上述磁性流体自密封轴承，在极齿与转轴或轴套一起旋转运行时，由于磁性流体与极齿表面的黏附和沟槽对磁流体的离心作用会产生离心力，在极齿的根部处磁性流体所受离心力极小或产生负压区，在极齿的外缘处离心力较大，其两处离心力的差值大小取决于转速大小、极齿形状与尺寸大小等，离心力的差值所产生的泵送作用，使得磁性流体在外侧出流通道、内侧进流通道及磁轭和极齿间的间隙内产生循环，提高冷却散热能力。本发明磁性流体的循环动力是来自极齿旋转从磁性流体自密封轴承内部产生的泵送作用，与从外部安装循环泵的泵送效果是不同的，区别是：在外部安装循环泵的压力过高时会在所述磁性流体自密封轴承两端面的间隙处出现磁流体泄漏，而本发明的磁性流体自密封轴承，由于极齿被包围在磁轭内部，极齿与转轴或轴套一起旋转时，泵送力产生在内部，由于离心力的作用，其间隙内的磁性流体会沿极齿表面流动，不会沿轴向向两侧流动而被抛甩到外部。转速越高，加压能力越强，承载和密封能力越大。

上述磁性流体自密封轴承，在静止时，靠磁势源通过磁轭和极齿对磁性流体的磁化吸附作用产生静密封力。在运行时，磁性流体产生润滑作用的同时，极齿一侧表面及其沟槽产生的泵送力的轴向分力对被密封空间内的高压介质也起到压力平衡和密封作用，同时提高轴向止推能力。泵送过程产生的的径向分力可提高径向承载能力。

上述磁性流体自密封轴承，各零件的外表面进行防腐处理后，具有抗腐蚀能力。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述磁流体自密封轴承的承载区域内的内侧出流通道上通过管路连接有单向阀、旁路开关阀或压力流量控制阀、储能器，单向阀的进流口与所述连通管路的出流口连通，单向阀的出流口与储能器的进流口连通，旁路开关阀或压力控制阀并联在单向阀的进流口和出流口上。承载区域与内侧出流通道及单向阀连通的管路可以是多条管路。所述磁势源是永磁体。承载区域对应的内侧出流通道和外侧进流通道的内端口处的磁轭上可开设有弧形槽。

当所述磁势源位于左磁轭与右磁轭之间的轴向充磁的永磁体时，所述外壳套是非导磁性材料。当所述磁势源位于各磁轭与外壳套之间的径向充磁的永磁体时，所述外壳套是导磁性材料。

储能器及配套的单向阀、旁路开关阀或压力控制阀的作用是，高速运行时，高压磁性流体会通过单向阀注入储能器储存及储能，停机或低速时，单向阀会自动关闭；再启动或低速时，打开旁路开关阀或自动打开压力控制阀，储存的高压磁性流体会回流到自密封轴承间隙内，防止极齿与磁轭之间产生硬碰撞或摩擦。所述节流阀、放气阀、单向阀、旁路开关阀可以是手动也可以是通过各种传感器及可编程序控制器自动控制的电磁阀或气动、液动阀。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述磁势源是电磁体，所述外壳套是导磁性材料。当采用电磁线圈作为磁势源时，电磁线圈可以是位于左磁轭与右磁轭之间，还可以是缠绕在设有线圈槽架的左磁轭上或缠绕在设有线圈槽架的右磁轭上或缠绕在设有线圈槽架的左右磁轭上的轴向励磁的电磁线圈；也可以是围绕左磁轭、右磁轭外圆周面上或其中一个磁轭外圆周面上的同极性或异极性的径向励磁的电磁线圈；对于卧式安装的转轴，分布在承载区域的径向励磁线圈的匝数与非承载区域的匝数可以相同，也可以不同。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述极齿外表面对应的所述磁轭的内表面上开设有齿槽或沟槽，齿槽或沟槽的截面轮廓形状是对称的三角形或矩形或梯形或弧形等，或是不对称的三角形或矩形或梯形等；齿槽或沟槽在磁轭内表面的轨迹走向形状可以是圆环形、人字形、斜线形或直线形，磁轭的内表面上的齿槽或沟槽起到油楔和聚磁的作用，多齿槽或多沟槽可以更有效的提高承载能力和提高磁流体的密封能力。所述齿槽或沟槽的形状也可以是现有滑动轴承采用的各种结构形状，所述齿槽的槽内还可填充有非磁性材料。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述磁轭对应的所述极齿表面上的一侧或两侧或整个极齿表面上开设有齿槽或沟槽，齿槽或沟槽的截面轮廓形状是对称的三角形或矩形或梯形或阶梯形或弧形等，或是不对称的三角形或矩形或梯形或弧形等；齿槽或沟槽在极齿表面的轨迹走向形状可以是圆环形、人字形、斜线形或直线形或抛物线形，所述齿槽的槽内还可填充有非磁性材料。极齿的外侧面上存在多齿槽时，会提高自密封轴承静止时的轴向密封能力，在极齿旋转时齿槽或沟槽还会产生一种比光滑面更强的类似叶片的泵送作用，在使磁流体循环冷却的同时可以进一步提高轴向密封能力和承载能力。极齿表面上开设圆环形轨迹齿槽或沟槽可以提高轴向密封能力；直线形轨迹齿槽或沟槽可以提高承载能力及对磁性流体的泵送能力；人字形、斜线形、抛物线形轨迹齿槽或沟槽既可提高轴向密封能力，又可提高承载能力及对磁性流体的泵送能力。上述结构形状的极齿及与之对应的磁轭可同时具有径向支撑承载和轴向止推作用。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述极齿对应的所述磁势源、左磁轭和右磁轭的内环面上设有衬套，当磁势源是永磁体时，衬套采用非磁性材料。当磁势源是电磁体时，衬套可以是非磁性材料，也可以是磁性材料。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述左磁轭或右磁轭或左右磁轭或外壳套的外表面上设有散热翅片。

上述的一种磁性流体自密封轴承，优先选择的技术方案是：所述极齿的截面轮廓形状是M形或倒W形，在M形或倒W形极齿的一个或两个外侧面上加工有辐射分布的齿槽或沟槽，在M形或倒W形极齿的内侧面上加工有环形齿槽或沟槽。所述左磁轭、磁势源、右磁轭组成的内表面轮廓形状与所述极齿形状相吻合对应，所述左磁轭、磁势源、右磁轭是由一组或由两组并列构成。所述环形齿槽的槽内还可填充有非磁性材料。所述外侧面上的径向辐射齿槽或沟槽在极齿旋转时产生一种比光滑面更强的类似叶片的泵送作用。在M形或倒W形极齿的内侧面上加工有环形齿槽或沟槽，以提高轴向密封能力。该磁性流体自密封轴承同时适用于转轴的正、反向旋转运行。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述极齿由左极齿、轴向充磁的极齿永磁体和右极齿沿轴向叠置而成，极齿永磁体的磁极极性安装方向与所述左磁轭和右磁轭之间的磁势源的磁极极性方向相反，所述转轴或轴套是非导磁性材料。极齿永磁体会增强励磁能力，从而提高磁性流体的密封能力。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述极齿外圆与磁势源之间或在所述左磁轭的外侧、右磁轭的外侧面处与转轴或轴套之间装有非磁性材料制成的滚动或滑动保护自密封轴承，保护自密封轴承起到防冲击和定位作用。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在对应于所述左磁轭外侧或右磁轭外侧或左、右磁轭的外侧面处的转轴或轴套上分别套装有直径小于磁轭外径的圆盘形隔离体，圆盘形隔离体与磁轭外侧端面之间滑动配合或间隙配合，圆盘形隔离体外侧可以设有端盖，端盖固定在磁轭上。所述圆盘形隔离体可以是刚性或是弹性隔离板体，也可以是不等直径的刚性与弹性体组合的圆柱体，圆形隔离体可以防止磁流体与被密封的介质相互溶合。圆盘形隔离体也可以是固定在外壳套或各磁轭外侧面上，此时圆盘形隔离体与转轴或轴套是滑动配合或间隙配合。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在对应于所述左磁轭外侧或右磁轭外侧或左、右磁轭的外侧面处的转轴或轴套上分别套装有直径小于磁轭外径的隔离体，所述隔离体是由套在转轴或轴套的弹性体与圆形隔离板或隔离膜组合而成，所述圆形隔离板或隔离膜的外侧面与所述弹性体的一端密封连接，弹性体的另一端与轴套或转轴固定密封连接，圆形隔离板或隔离膜与轴套或转轴间隙配合，圆形隔板内侧面上可以装有密封圈，圆形隔离板或隔离膜可在弹性体的作用下沿轴向伸缩，所述弹性体可以是橡塑弹性体或由橡塑材料包覆的弹簧组成的弹性体等。此方案，在旋转机械静止不动并需要密封旋转机械腔体内的气体时，隔离体在弹性体的作用下，使隔离板或隔离膜内侧面与磁轭外表面接触密封，可以提高对旋转机械腔体内的气体密封能力；在旋转机械旋转时，靠极齿一侧的离心泵送加压作用以及通过调节节流阀的输出压力大小，使圆形旋转隔离板或隔离膜与磁轭端面刚好脱开并达到腔体内压力与被泵送的磁流体压力平衡，以减小摩擦阻力。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在极齿的一侧或两侧沿轴向设有极齿圆台，极齿圆台的外圆面上加工有环形齿槽或螺旋齿槽或斜齿槽，等效的可以在所安装的极齿两侧的转轴或轴套上加工有一个以上环形齿槽或螺旋齿槽或斜齿槽或者是三种齿形沿轴向混合配置的齿槽，以进一步提高轴向密封能力。所述环形齿槽的齿形截面形状可以是对称或不对称三角形，其中一个或多个三角形齿的外斜面上沿圆周辐射的设有沟槽，圆台旋转时沟槽起到叶片的作用，使磁流体沿斜面流动，此结构适应于正反转运行，所述螺旋齿槽和斜齿槽适应于单向运行，三种结构都可以防止运行时磁流体被抛甩。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述极齿圆台区域内与磁轭的间隙中与极齿区域内与磁轭和磁势源的间隙中所注入的磁流体性质可以是不同性质的磁流体。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在外侧进流通道的各内端口对应的极齿根部处的圆台上还可以开设反流槽，反流槽对于来自外侧进流口的磁流体有反冲到极齿与磁轭之间的间隙内的作用，同时磁流体的喷射作用还有对端部外露的磁流体向内的抽吸作用，防止高速运行时磁流体被抛甩泄漏。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述左磁轭或右磁轭或外壳套上的部分或全部外侧出流通道或内侧进流通道上设有节流器，节流器的节流孔设在外侧进流通道内或内侧出流通道内或两者之间的连通通道上，节流调节针设在对应的节流孔的左磁轭或右磁轭或外壳套上，哪个流道上设节流器，哪个流道上不设节流器及节流器的开度大小，依据载荷所在区域及对径向力的要求确定。等效的，所述外侧进流通道和内侧出流通道也可以通过管路引出并使管路设在左磁轭或右磁轭的外侧，节流阀串接在该管路上。管路上还可以串接散热器、安全阀、过滤器等；所述外侧进流通道的出流口朝向是磁性流体在极齿表面的流动方向。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在左磁轭或右磁轭或外壳套上可以设有冷却通道，冷却通道内有冷却介质，冷却通道的进流口与内侧出流通道连通，冷却通道的出流口与外侧进流通道连通。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述左磁轭、右磁轭，分别由外极板和内极板沿轴向并列叠置而成，在所述左磁轭的内极板和右磁轭的内极板的外侧面上分别开设有至少一条辐射的外侧进流通道，在所述左磁轭的内极板和右磁轭的内极板的内侧面上分别开设至少一条辐射的内侧出流通道，外侧进流通道的长度大于内侧出流通道的长度，两者长度差等于0.8倍至2倍于极齿高度；外侧进流通道的内端口与对应的极齿根部处的间隙连通，内侧出流通道的内端口与对应的极齿外圆处的间隙连通；等效的内侧出流通道也可以开设在磁势源的两侧面上，或者等效的内侧出流通道开设在磁势源中间，作为共用出流通道，或者磁势源由两磁势源串联，两磁势源中间设一极板，极板上设有共用出流通道；等效的外侧进流通道也可以开设在各外极板上，所述左磁轭和右磁轭上的至少一条辐射的内侧出流通道优先采用与磁轭内圆面切向辐射且通道截面积向外逐渐扩大的通道。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述外壳套的内圆壁面上对应于各磁轭的外侧进流通道和内侧出流通道的外端口处开设有外侧汇流沟槽和内侧汇流沟槽，外侧进流通道和内侧出流通道的外端口分别与外侧汇流沟槽和内侧汇流沟槽连通，外侧汇流沟槽和内侧汇流沟槽之间密封；所述外侧汇流沟槽和内侧汇流沟槽可以是整体的圆环形，也可以是分别与各外侧进流通道和各内侧出流通道的外端口对应的分段的圆弧形；在所述外壳套上或在左磁轭或在右磁轭上或在左右磁轭上设有分别与外侧汇流沟槽和内侧汇流沟槽连通的进流口和出流口，进流口与出流口之间通过管路串接有散热器、节流阀、安全阀等。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在所述外壳套上设有加热保温器。加热保温器可以是电加热，也可以是液体加热，加热保温器是用于低温环境下起动前对磁流体进行加热保温，防止磁流体凝结。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：在左磁轭、右磁轭的外侧的外壳套上可设有端盖，端盖与转轴或轴套之间或端盖与极齿根部外侧之间设有密封圈。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述磁性流体自密封轴承可作为一个磁性流体自密封轴承单元，由多个磁性流体自密封轴承单元可组成一磁性流体自密封轴承组，此时所述磁势源可以等效安放在每两个磁性流体自密封轴承的相邻磁轭之间，作为共用磁势源；或磁势源等效地安放在一个磁性流体自密封轴承或两个磁性流体自密封轴承的磁轭与外壳套之间。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述励磁磁势源两侧面上装有调整极板。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述左磁轭、右磁轭的外圆面上设有安装密封圈的沟槽。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述磁性流体自密封轴承的外壳套内圆面上靠近各磁轭的外侧加工有挡环槽，挡环槽内可安装定位挡环；或在外壳套内圆面上靠近一个磁轭的外侧加工有定位挡台，在另一个磁轭的外侧加工有定位挡环槽。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述外壳套的外表面是圆筒形或是弧形或是方形等。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述外壳套是一侧带有法兰或薄壁翻边的外壳套或是带有安装底座的外壳套。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：上述磁性流体自密封轴承的外壳套、左磁轭、右磁轭等是分瓣式结构，两瓣间用螺栓、螺母连接固定，以方便装配和更换。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：所述外壳套外设有轴承座，轴承座是整体式轴承座或是分瓣式轴承座或是关节形轴承座等。

上述的一种磁性流体自密封轴承，可供选择的技术方案是：各磁轭与极齿对应的表面上都设有或其中一个表面上设有一层由青铜或黄铜或自密封轴承合金材料构成的轴套，以提高自密封轴承的耐磨性能。

上述磁性流体自密封轴承，当采用导电性较好的磁性流体时，同时极齿或轴套是导体，在极齿或轴套及外壳套或磁轭上各接有电极，可单独作为具有承载、密封和冷却散热功能的旋转电极或电器旋转接头或电机集电环使用。

上述磁性流体自密封轴承，可单独作为具有承载、密封和冷却散热能力的密封装置使用。

有益效果：（1）自密封轴承冷却效果好。由于极齿随转轴或轴套一起旋转，极齿及其表面上开设的沟槽有类似水泵的叶轮叶片的泵送作用，以及磁轭包围着极齿，有类似水泵的蜗壳作用，因此，在磁轭与极齿之间的磁性流体及各流道内的磁性流体会被泵送循环并传输热量，实现冷却散热的功能，从而降低磁流体的温度，增强了密封能力、承载能力和高速润滑性能。（2）无泄漏。由于极齿被包围在磁轭内部空间，旋转时，由于极齿及其沟槽对磁性流体产生的离心力的作用使磁性流体沿极齿表面流动，不会沿轴向两端被抛甩到外部产生泄漏。（3）承载能力高。承载能力的产生包括：①类似于普通动压滑动轴承的油楔产生的承载能力；②磁流体在磁势源励磁作用下增加的承载能力；③旋转运行时极齿对磁流体产生的离心力在在承载区域内增加的承载能力。（4）同时具备轴向和径向承载能力。由于极齿被包围在磁轭内部空间，极齿的外圆面、两侧面均被磁流体包覆，因而磁流体自密封轴承同时具有径向和轴向承载能力。（5）承载能力可调可控。采用不同形状的极齿、不同形状和轨迹的极齿上的齿槽或沟槽，以及调节不同位置的节流阀的开启度，可以实现不同大小的轴向和径向承载能力，及不同方向和大小的轴向密封能力，以适应不同工况的要求。（6）多种功能用途。该磁性流体自密封轴承，可单独作为密封装置使用。当采用导电性较好的磁性流体时，如液态金属磁流体，同时极齿或轴套、管路是导体，在管路和极齿或轴套上各接有电极，极齿与轴套之间或轴套与转轴之间绝缘时，该磁流体自密封轴承可作为具有承载、润滑、密封能力的旋转电极或电器旋转接头或电机集电环使用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

附图1为本发明所述的一种三角形齿磁性流体自密封轴承的基本结构示意图。

附图2为本发明所述的一种双三角极齿组成的倒W形磁性流体自密封轴承的基本结构示意图。

附图3为本发明所述的一种磁性流体自密封轴承的几种极齿及其齿槽或沟槽与对应磁轭及其齿槽或沟槽的局部基本结构示意图。

图中各序号标示及对应的名称如下：

图1中： 10-外壳套，20-磁势源，30-左磁轭，40-右磁轭，50轴套，51-转轴，60-极齿，70-磁性流体，80-间隙，33-左磁轭外侧进流通道，34-左磁轭内侧出流通道，43-右磁轭外侧进流通道，44-右磁轭内侧出流通道，11-左磁轭外侧进流通道与左磁轭内侧出流通道的连通孔或节流孔，12-左磁轭针阀，13-右磁轭外侧进流通道与右磁轭内侧出流通道的连通孔或节流孔，14-右磁轭针阀，81-左磁轭磁流体加注阀，85-左磁轭散热翅片，86-右磁轭散热翅片，68-极齿左沟槽，69-极齿右沟槽。

图2中：10-外壳套，20-磁势源，30-左磁轭，40-右磁轭，50-轴套，51-转轴，60-极齿，61-左极齿，62-右极齿，68-左极齿左沟槽，69-右极齿右沟槽，108-左极齿右齿槽，109-右极齿左齿槽，11-左磁轭节流孔，12-左磁轭针阀，13-右磁轭节流孔，14-右磁轭针阀，87-外壳套流道，88-管路，90-磁流体加注/放气阀，94-单向阀，95-旁路控制阀，96-储能器，97、98-保护自密封轴承，70-磁流体，80-间隙，34-左磁轭内侧出流通道，44-右磁轭内侧出流通道，33-外侧进流通道，43-外侧进流通道。

图3中：20-磁势源，30-左磁轭，40-右磁轭，51转轴或轴套，60-极齿，31-左磁轭外极板，32-左磁轭内极板，41-右磁轭外极板，42-右磁轭内极板，39-左磁轭外极板齿槽，49-右磁轭外极板齿槽，61a-极齿左斜面齿槽，62a-极齿右斜面齿槽，64-极齿左圆台，65-左圆台齿槽，66-极齿右圆台，67-右圆台齿槽，63-极齿左斜面沟槽，101-左磁轭内极板油楔，102-右磁轭内极板油楔，103-外衬套，104-内衬套，105-极齿外圆面齿槽，68-极齿左沟槽，69-极齿右沟槽，21-磁势源左极板，22-磁势源右极板，108-左极齿内斜面齿槽，109-右极齿内斜面齿槽，106-磁势源内磁轭，107-极齿永磁体，111-极齿左隔离板，112-极齿右隔离板，110-保护自密封轴承，113-弹性隔离体，115-弹性体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。

如附图1所示的一种三角形单极齿磁性流体自密封轴承的基本结构，包括外壳套10、磁势源20、左磁轭30、右磁轭40、转轴51、轴套50、极齿60、磁性流体70、间隙80、所述左磁轭30、磁势源20、右磁轭40封装在外壳套10内，所述极齿60固定在轴套50上并位于所述左磁轭30、右磁轭40之间，所述左磁轭30、磁势源20、右磁轭40与极齿60、轴套50之间留有间隙80，在极齿60外表面上沿圆周均布开设有6条斜辐射的左沟槽68和6条斜辐射的右沟槽69，所述磁性流体70充入所述间隙80内，磁性流体70采用的是镓铟锡合金作为基液的磁性流体；所述左磁轭30、右磁轭40、极齿60是导磁材料。

在所述左磁轭30和右磁轭40的外侧上分别开设有6条径向辐射的外侧进流通道33、43，在所述左磁轭30和右磁轭40的内侧上分别均布开设有6条径向辐射的内侧出流通道34、44，外侧进流通道33、43的长度大于内侧出流通道34、44的长度，两者长度差等于1.1倍的齿极60的高度；外侧进流通道33、43的内端口与对应的极齿60根部处的间隙80连通，内侧出流通道34、44的内端口与对应的极齿60外圆面处的间隙80连通。

在所述左磁轭上设有6个节流孔11和针阀12，节流孔11和针阀12组成左磁轭节流器；在所述右磁轭上设有6个节流孔13和针阀14，节流孔13和针阀14组成右磁轭节流器；为了防止磁流体从针阀12、14处泄漏，可在针阀12、14所处位置的磁轭30、40上焊接一外端口带有封闭塞的套筒（图中未画出）。

在所述外壳套10上的上部位将左磁轭的内侧出流通道34和右磁轭的出流通道44连通，并通过管路接有磁流体加注阀81。所述磁性流体加注阀81所处位置高于所述外壳套10的位置，以确保运行时磁性流体70靠重力作用与极齿60、磁轭30、40内表面等接触良好。所述极齿60是对称三角形。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙80中的磁性流体70在永磁体20的磁场的作用下，吸附在左磁轭30、右磁轭40与极齿60之间，磁流体靠磁力和自身的黏附作用产生静密封力。磁性流体自密封轴承旋转时，极齿60的两斜表面上的沟槽68、69对磁性流体的离心作用使磁性流体向极齿60的对称中心处泵送加压，从而，在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。转速越高加压能力越强，承载能力越大。极齿60的两斜表面上的沟槽68、69对磁性流体的离心泵送作用还使磁流体在出流通道34、44、进流通道33、43内循环，并通过散热翅片85、86和外壳体10散热。通过调节针阀12、14来调节节流孔11、13的截面积大小，可以达到调节轴承沿圆周不同位置的径向承载能力的大小。

如附图2所示的一种由两个三角形极齿组成的倒W形磁性流体自密封轴承的基本结构，轴套50套装在转轴51上，极齿60由左极齿61、右极齿62组成，极齿60套装在轴套50上，永磁磁势源20位于左极齿61与右极齿62之间，在所述外壳套10上设有流道87，流道87的外端口上接有管路88，管路88上接有单向阀94，单向阀94的出流口上接有储能器96，单向阀94的进流口和出流口之间并接有开关阀或压力流量控制阀95。在左磁轭30外侧安装有保护自密封轴承97，在右磁轭40外侧安装有保护自密封轴承98。所述磁性流体加注阀/放气阀90通过管路与左磁轭内侧出流通道34和右磁轭内侧出流通道44连通，磁流体加注/放气阀90所处位置高于或等于所述外壳套10的位置，磁流体加注/放气阀90也可以通过管路接入到外壳套上设有连通左磁轭内侧出流通道34和右磁轭内侧出流通道44的流道上，磁流体加注/放气阀90安放在外壳套10的左侧或右侧。

所述左极齿61的左斜面沿圆周上均布开设有6条沟槽68，右斜面上可开有2个环形齿槽108。所述右极齿62的右斜面上沿圆周均布开设有6条沟槽69，右斜面上开有2个环形齿槽109。所述极齿61、62可以是对称三角形，也可以是不对称三角形。

在左磁轭30、右磁轭40的外圆上分别设有6个节流孔11和13，在外壳套10上对应于各个节流孔11和13分别装有针阀12和14。为了防止磁流体从针阀12、14处泄漏，可在针阀12、14所处位置的外壳套10上焊接一外端口带有封闭塞的套筒（图中未画出）。其它部分的结构和作用与图1类同，此处不再赘述。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙80中的磁性流体70在永磁磁势源20的磁场的作用下，吸附在左磁轭30、右磁轭40与极齿60的左极齿61、右极齿62之间，磁吸附力和磁流体自身黏附作用产生静密封力。磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的左极齿61的左斜面上的沟槽68，右极齿62的右斜面上的沟槽69对磁性流体的离心作用使磁性流体向左极齿61、右极齿62的对称中心处泵送加压，转速越高，加压能力越强，承载能力越大；左极齿61的右斜面及齿槽108，右极齿62的左斜面及齿槽109对磁流体也产生离心力，但同时也存在两者之间的分界面上产生真空负压的趋势，离心力和负压会达到平衡，因此，在左极齿61与右极齿62之间的磁流体不会被泵送出去。从而形成在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。极齿61的左斜面上的沟槽68，极齿62的右斜面上的沟槽69对磁性流体的离心泵送作用还使磁流体在左磁轭内侧出流通道34、节流孔11、外侧进流通道33内及右磁轭内侧出流通道44、节流孔13、外侧进流通道43内循环，并通过磁流体轴承的外表面散热。通过调节针阀12、14来调节节流孔11、13的截面积大小，可以达到调节轴承沿圆周不同位置的径向承载能力的大小。储能器96及配套的单向阀94、旁路开关阀或压力流量控制阀95的作用是，高速运行时，高压磁性流体会通过单向阀94注入储能器96内储能，停机或低速时，单向阀94会自动关闭；再启动或低速时，打开旁路开关阀或压力流量控制阀95，储能器96中的高压磁性流体会回流到自密封轴承间隙内，防止启动时极齿与磁轭之间产生硬碰撞和直接摩擦。开关阀或压力流量控制阀95、针阀12、14可以是手动阀或电动阀，采用电动阀时，各个阀的开启程度可通过传感器和智能控制系统，根据工况需要实现自动控制。

如图3中所示为本发明所述的一种磁性流体自密封轴承的几种极齿及其齿槽或沟槽与对应磁轭及其齿槽或沟槽的局部基本结构。

图3（a）是一种极齿和磁轭截面左右对称磁性流体自密封轴承局部结构，极齿60截面是左右对称的三角形，左磁轭30的外极板31的内圆面上设有环形齿槽39，右磁轭40的外极板41的内圆面上设有环形齿槽49，极齿60外表面上左右分别设有环形沟槽61a、62a，磁势源20是永磁体，极齿60与转轴51直接连接，或极齿60与一轴套直接连接，轴套再与转轴51连接。极齿60也可以是不对称的三角形。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙中的磁性流体（图中未画出）在磁场的作用下，靠左磁轭齿槽39、右磁轭齿槽49、极齿60的齿槽61a和62a起到静密封作用；磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的两斜表面对磁性流体的离心作用使磁性流体向极齿60的对称中心处泵送加压，在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。

图3（b）是一种极齿和磁轭截面左右对称磁性流体自密封轴承局部结构，极齿60截面是左右对称的梯形，左磁轭30的内极板32的内圆面上设有沟槽101，右磁轭40的内极板42的内圆面上设有沟槽102，沟槽101、102起到油楔的作用，极齿60上带有左圆台64和右圆台66，左圆台上设有齿槽65，右圆台上设有齿槽67，极齿60的左斜面上设有沟槽63，右斜面上设有齿槽62，103是外衬套，104是内衬套，磁势源20是电励磁磁势源，极齿60与转轴51直接连接。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙中的磁性流体（图中未画出）在磁场的作用下，靠左圆台64的齿槽65、右圆台66的齿槽67、极齿60的右斜面上齿槽62起到静密封作用；磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的左斜表面上的沟槽63对磁性流体的离心作用使磁性流体沿间隙向右侧泵送加压，当右磁轭40的右侧的机械腔内是高压介质时，调节节流阀的开度可使磁流体压力与介质压力平衡或基本平衡，达到动密封效果。此结构可用于一侧是高压差介质的密封和承载。左圆台64的齿槽65、右圆台66的齿槽67的最外侧齿形还可以设计成三角形齿，三角形齿的外斜面上设有径向辐射均布的沟槽，在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。

图3（c）是一种极齿和磁轭截面左右对称磁性流体自密封轴承局部结构，极齿截面是左右对称的矩形，左磁轭30的外极板31的内圆面上设有环形齿槽39，右磁轭40的外极板41的内圆面上设有环形齿槽49，极齿60的左、右侧面上分别设有径向沟槽68、69，极齿60的外圆面上设有齿槽105，磁势源20是永磁体，磁势源内圆面上设有非磁性衬套103。极齿60与转轴51直接连接，或极齿60与一轴套直接连接，轴套再与转轴51连接。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙中的磁性流体（图中未画出）在磁场的作用下，靠左磁轭齿槽39、右磁轭齿槽49、外圆面上的齿槽105起到静密封作用。磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的两侧表面上的径向沟槽68、69对磁性流体的离心作用使磁性流体沿极齿60的径向泵送加压，在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。

图3（d）是一种极齿和磁轭截面左右对称磁性流体自密封轴承局部结构，极齿60截面是左右对称的M形，极齿60的左侧、右侧分别设有左圆台64和右圆台66，左圆台64上设有螺旋齿槽65，右圆台66上设有螺旋齿槽67，极齿60的左、右外侧面上分别设有径向沟槽68、69，磁势源20的内圆面上设有内衬套103，磁势源20是永磁磁势源，磁势源20的两侧分别设有磁势源极板21、磁势源极板22，极齿60与转轴51直接连接。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙中的磁性流体（图中未画出）在磁场的作用下，靠极齿60的左圆台64上的螺旋齿槽65、右圆台66上的螺旋齿槽67起到静密封作用；磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的两外侧表面的径向沟槽68、69对磁性流体的离心作用使磁性流体沿极齿60径向泵送加压，螺旋齿槽65、67根据旋转方向设计成向内输送磁流体的旋向，螺距和升角大小依据工况要求设计，在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。

图3（e）是一种极齿和磁轭截面左右对称磁性流体自密封轴承局部结构，极齿60的截面是由左极齿61和右极齿62拼合成的对称的倒W形双极齿结构，左磁轭30的内极板32的内圆面上设有沟槽101，右磁轭40的内极板42的内圆面上设有沟槽102，沟槽101、102起到油楔的作用，左极齿61上带有左圆台64，左圆台64上设有齿槽65；右极齿62上带有右圆台66，右圆台66上设有齿槽67，左极齿61的左斜面上设有沟槽68，左极齿61的右斜面上设有齿槽108，右极齿62的右斜面上设有沟槽69，右极齿62的左斜面上设有齿槽109，左极齿61与右极齿62之间设有极齿永磁磁势源107，106是磁势源20的内磁轭，其内表面设有内衬套103，磁势源20是电励磁磁势源或电励磁与永磁励磁混合的，极齿60与转轴50直接连接。左圆台64和右圆台66对应气隙内的磁流体采用油脂基磁流变液，极齿61、62对应的间隙内和各流道内采用液态金属磁流体。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙中的磁性流体（图中未画出）在磁场的作用下，靠左极齿61的上的齿槽65、齿槽108，及右极齿62上的齿槽67、齿槽109起到静密封作用；磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的两侧外表面的沟槽68、69对磁性流体的离心作用使磁性流体向极齿60的对称中心处泵送加压，转速越高，加压能力越强，承载和密封能力越大，从而在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。

图3（f）是一种极齿和磁轭截面左右非对称磁性流体自密封轴承局部结构，极齿60的截面是左右非对称的梯形，左磁轭30的内极板32的内圆面上设有沟槽101，右磁轭只设内极板42，内极板42的内侧面上设有齿槽49，极齿60上设有左圆台64，左圆台上设有齿槽65，极齿60的左斜面上设有沟槽63，右侧面上设有齿槽62，110是保护自密封轴承，111是固定在转轴51上的旋转隔离板，旋转隔离板111的内侧端面与左磁轭30的外侧端面间隙配合或滑动配合，113是固定在转轴51右侧上的弹性隔离体，弹性隔离体113由圆形隔离板112和弹性体115构成，圆形隔离板112与右磁轭的内极板42外侧面滑动配合或间隙配合，圆形隔离板112与转轴51之间间隙配合或滑动配合，弹性体115套装在转轴51上，其外端密封固定在转轴51上，磁势源20是永磁励磁磁势源，极齿60与转轴51直接连接，或极齿60与一轴套直接连接，轴套再与转轴51连接。

磁性流体自密封轴承静止时，间隙中的磁性流体（图中未画出）在磁场的作用下，靠极齿60的左圆台64上的齿槽65、极齿60右侧面齿槽62，右磁轭内极板42的左侧面齿槽49起到静密封作用；同时隔离板112在弹性体115的推力作用与右磁轭的内极板42外侧面接触，也起到密封作用。磁性流体自密封轴承旋转时，除存在的静密封作用外，极齿60的左侧斜面上的沟槽63向右侧泵送磁性流体并加压，转速越高，加压能力越强，承载和密封能力越大，当内极板42的右侧介质是高压介质时，调节节流阀的开度，可使磁流体压力与介质压力平衡，同时隔离板112在磁流体的压力作用下脱离右磁轭的内极板42外端面，以减小运行时摩擦阻力。从而达到在提高密封能力的同时还提高自密封轴承的径向和轴向承载能力，而且不会出现磁性流体沿轴向泄漏问题。旋转隔离板111、112随转轴一起旋转，可防止介质与磁流体之间的互溶及反应。

上述各实施例，也可单独作为密封装置使用。当采用导电性较好的磁性流体时，如液态金属磁流体，同时极齿或轴套、外壳套或磁轭是导体，在外壳套或磁轭和极齿或轴套上各接有电极，该磁流体自密封轴承可作为具有承载、润滑、密封能力的旋转电极或电器旋转接头或电机集电环使用。

尽管已结合优选实施方案描述了本发明装置及扩展用途，但是本发明不限于本文及附图中所表述的具体结构及组合形式，相反，其目的在于覆盖所述权利要求书限定的本发明范围内的各种替代方式、各种特征要素的再组合所衍生的等同体和装置。

Claims (10)

1.一种磁性流体自密封轴承，包括外壳套、磁势源、磁轭、转轴或轴套、磁性流体，其特征在于：

所述磁轭分为左磁轭、右磁轭，所述磁势源位于左磁轭与右磁轭之间或左磁轭、右磁轭与外壳套之间，所述左磁轭、磁势源、右磁轭封装在外壳套内；

所述转轴或轴套上设有极齿，所述极齿固定在转轴或轴套上并位于所述左磁轭、右磁轭之间，所述极齿的截面轮廓形状是左右对称的三角形或矩形或梯形或M形或倒W形或弧形，或是左右不对称的三角形或矩形或梯形或阶梯形或M形或倒W形或弧形，在所述磁轭内表面对应的所述极齿的表面上开设有沟槽或齿槽，所述极齿至少有一个极齿，所述左磁轭、右磁轭、极齿是导磁材料；

所述左磁轭、磁势源、右磁轭与极齿和转轴或轴套之间留有间隙，所述磁性流体注入所述间隙内；

所述左磁轭、右磁轭上或其中一个磁轭上开设有辐射的至少一条外侧进流通道和至少一条内侧出流通道，外侧进流通道的内端口与对应的极齿根部处的间隙连通，内侧出流通道的内端口与对应的极齿外圆面处的间隙连通；外侧进流通道与内侧出流通道连通；

所述外壳套上或在左磁轭或在右磁轭或在左右磁轭上直接或通过管路设有磁流体加注孔和封闭塞或阀门，各所述外侧进流通道与各内侧出流通道内充满磁性流体。

2.根据权利要求1所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，在所述磁流体自密封轴承的承载区域内的内侧出流通道上通过管路连接有单向阀、旁路开关阀或压力流量控制阀、储能器，单向阀的进流口与连通管路的出流口连通，单向阀的出流口与储能器的进流口连通，旁路开关阀或压力流量控制阀并联在单向阀的进流口和出流口上。

3.根据权利要求1所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，在所述极齿外表面对应的所述磁轭的内表面上开设有齿槽或沟槽或油楔。

4.根据权利要求1所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，在所述左磁轭或右磁轭或左右磁轭或外壳套的外表面上设有散热翅片。

5.根据权利要求1所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，所述极齿的截面轮廓形状是M形或倒W形，在M形或倒W形极齿的一个或两个外侧面上设有齿槽或沟槽，在M形或倒W形极齿的内侧面上设有环形齿槽，所述左磁轭、磁势源、右磁轭组成的内表面轮廓形状与所述极齿形状相吻合对应，所述左磁轭、磁势源、右磁轭是由一组或由两组并列构成。

6.根据权利要求1所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，所述极齿由左极齿、轴向充磁的极齿永磁体和右极齿沿轴向叠置而成，极齿永磁体的磁极极性安装方向与所述左磁轭和右磁轭之间的磁势源的磁极极性方向相反，所述转轴或轴套是非导磁性材料。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，在所述极齿的外圆与磁势源之间装有保护轴承。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，在对应于所述左磁轭外侧或右磁轭外侧或左、右磁轭外侧处的转轴或轴套上分别套装有直径小于磁轭外径的圆形隔离体，隔离体与磁轭外端面之间滑动配合或间隙配合。

9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，所述极齿的一外侧或两外侧沿轴向设有极齿圆台，极齿圆台的外圆面上设有环形齿槽或螺旋齿槽或斜齿槽。

10.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种磁性流体自密封轴承，其特征在于，在所述左磁轭或右磁轭或外壳套上的部分或全部的内侧出流通道内或外侧进流通道内或两者的连通通道上设有节流器，所述外侧进流通道的出流口朝向是磁性流体在极齿表面的流动方向。

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