專利名稱：永磁與渦輪復合軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁懸浮軸承，特別是永磁與渦輪復合軸承。
背景技術：
磁懸浮軸承的轉動套與固定套依靠磁力相對懸浮，因此工作時無摩損、無噪聲、無污染、不傳遞振動、免潤滑、免維護、壽命長。
磁懸浮軸承有電磁式、永磁式、電磁永磁組合式、永磁與高溫超導體復合式。電磁式利用電流產生的磁力使軸承的內套與外套相對懸浮。電磁式磁懸浮軸承結構復雜，而且需要配置一套復雜的電路控制系統才能使其內套運轉達到滿意的精度和穩定性。電磁永磁組合式同樣也很復雜。永磁與高溫超導體復合式磁懸浮軸承結構更復雜，制造成本極高。永磁式磁懸浮軸承僅用永磁體的磁力使軸承的內套與外套相對懸浮，一般來說，永磁式懸浮軸承相對于前面所述的其它方式懸浮軸承結構簡單，成本低。現有永磁式徑向(或者軸向)磁懸浮軸承，結構還比較簡單，但同時具有徑向和軸向磁懸浮功能的現有永磁式磁懸浮軸承，結構較復雜、單位體積承載力(最大承載力與軸承體積之比值)小，更為不滿的是由于零部件制造和裝配誤差不可避免，造成軸承高速運轉時穩定性能差，即徑向跳動和軸向擺動厲害，甚至會發生轉套與固定套相碰撞或刮蹭，故實用性差，難以應用到廣闊的領域。
發明內容
本發明的目的是解決現有磁懸浮軸承結構復雜、單位體積承載力小、高速運轉時穩定性能差、應用受局限等問題，設計了一種永磁與渦輪復合軸承，結構緊湊、剛度大、單位體積承載力大、運轉穩定性高、用途廣。
本發明通過以下技術方案實現本發明由內套和外套組成，內套和外套上設置軸向充磁環形永磁體，外套上環形永磁體與內套上環形永磁體隔離一間隙同極性相對，所述內套(或外套)兩端分別設置一個渦輪。
所述內套有一個支撐轉軸的非磁性軸套，軸套兩端分別固套一個渦輪，軸套中部外圓上固套一個或多個(個數根據對軸承軸向和徑向承載力、軸承的尺寸大小要求以及充磁工藝要求確定)軸向充磁的環形永磁體，稱為內磁環，若內磁環為多個，則內磁環的尺寸、充磁方向及性能參數相同，在相鄰的兩個之間夾一個適當厚度的導磁墊片，其內圓直徑與內磁環的內圓直徑相等，其外圓直徑比內磁環的外圓直徑小，以增強內磁環兩端外圓上的徑向分磁力；若內磁環兩端外圓上的徑向分磁力足夠大，那么導磁墊片的外圓可與內磁環的外圓大小相同。非磁性軸套、渦輪、內磁環構成本發明的內套。
在所述內磁環的外圓外離開一間隙套軸向充磁的環形永磁體，簡稱甲磁環，其個數與內磁環的個數相等，所有甲磁環的尺寸及性能參數相同，其充磁方向與內磁環的充磁方向相同；在相鄰的兩個甲磁環之間夾一個導磁墊片，其厚度與內磁環之間的導磁墊片的厚度相同，其外圓直徑與甲磁環的外圓直徑相等，其內圓直徑比甲磁環的內圓直徑每面大，以增強外磁環兩端內圓上的徑向分磁力；若外磁環兩端內圓上的徑向分磁力足夠大，那么導磁墊片的內圓可與外磁環的內圓大小相同；在多個甲磁環組成的甲磁環組的兩個外端面上，分別配置一個適當厚度的導磁墊片，其內外圓直徑與兩甲磁環之間的導磁墊片相同；緊貼每個導磁墊片的外端面分別配置一個軸向充磁的環形永磁體，簡稱乙磁環，兩個乙磁環的尺寸、充磁方向及性能參數與甲磁環相同；在每個乙磁環內圓配置一個軸向充磁的環形永磁體，簡稱丙磁環，兩個丙磁環的尺寸及性能參數相同，但充磁方向與甲磁環相反，兩個丙磁環的內端面沿軸線方向分別向外離開內磁環端面一間隙，并且與內磁環端面同極性相對，丙磁環的外圓與乙磁環的內圓相貼，丙磁環的內圓比非磁性軸套的外圓每面大一間隙，丙磁環和乙磁環的端面齊平；在丙磁環和乙磁環的外側端面上配置一塊中心有喇叭孔的導磁圓盤，喇叭孔的小端直徑與丙磁環的內圓直徑大小相同，喇叭孔的大端直徑大小保證渦輪轉動時不擦碰喇叭孔壁，導磁圓盤的外圓與甲磁環和乙磁環的外圓相同；在導磁圓盤的外圓、甲磁環和乙磁環的外圓上固套一個非磁性圓筒，其端面與導磁圓盤的端面齊平；導磁圓盤、甲磁環、乙磁環、丙磁環、非磁性圓筒構成本發明的外套。
若多個內磁環、多個甲磁環分別沿軸向直接相并后的徑向磁分力大到滿足要求，可去掉導磁墊片。
組裝時，用壓力工裝將內套與外套安要求沿軸向壓緊，然后在冷卻保護下，采取焊接工藝將非磁性圓筒與導磁圓盤焊接起來，也可以用螺栓聯接。
所述外套中的主磁通的方向是反時針(或順時針)的，內套的內磁環被甲磁環、乙磁環、丙磁環包圍，它的主磁通方向與丙磁環的磁通方向相反，但它的主磁通方向又與甲磁環的主磁通方向相同，即內磁環在軸向與丙磁環同極性相對，在軸向與甲磁環充磁方向一致且平行相對。
因為使組成內磁環的環形永磁體在材料、形狀、尺寸、性能參數等方面相同，甲磁環在材料、形狀、尺寸、性能參數等方面相同，乙磁環在材料、形狀、尺寸、性能參數等方相同，丙磁環在材料、形狀、尺寸、性能參數等方面相同，本發明的內套中的環形永磁體與外套中的環形永磁體在徑向和軸向總是同極性相對，所以本發明的內、外套在徑向產生相同的磁斥力，在軸向也產生相同的磁斥力，則內、外套在徑向、在軸向具有相對懸浮穩定性。
所述軸承的內套作支撐旋轉軸的載體，外套作為固定套；若去掉內套上的渦輪，另外設計渦輪及導磁圓盤的孔與窩，將渦輪與導磁圓盤固接，所述內套也可作支撐固定軸的固定套，外套作為轉動套，即內套、外套的功能可同時互換。
去掉所述外套導磁圓盤上的乙、丙磁環，將軸套及非磁性圓筒的軸向尺寸縮短兩倍乙磁環(或丙磁環)的軸向尺寸，這樣簡化了軸承結構，但軸承軸向承載力減小了，這樣的軸承適用于對軸向承載力要求低的場合。
若實際應用中被支撐轉軸的轉速低，跳動和擺動很小，或者在真空環境中，那末，應用本發明不用配置渦輪，成為純永磁懸浮軸承。
根據實際需要，所述軸承內磁環、甲磁環的數量可增減。
本發明有益的效果是1.從整體結構看第一，本發明的內套中相鄰的環形永磁體的主磁通通過導磁墊片相連接，外套中各環形永磁體的主磁通通過導磁墊片和導磁圓盤相連接成半封閉狀，所以漏磁小，磁體利用率高。第二，除內、外套之間隙和渦輪進流間隙，再無任何空隙，軸承的內部空間裝配了極多永磁體，若不配置渦輪，成為純永磁懸浮軸承，與現有的同時具有徑向和軸向承載功能的磁懸浮軸承相比，本發明結構簡單緊湊，單位體積承載能力大、剛度大；若配置渦輪，與現有的一些同時具有徑向和軸向承載功能的磁懸浮軸承相比，本發明結構依然簡單，與現有的另外一些同類軸承相比，本發明結構或許復雜了一點，但配置渦輪，大大地提高了磁懸浮軸承的性能(見有益的效果說明2)，拓寬了其應用范圍。第三，軸向充磁的環形永磁體、導磁墊片、導磁圓盤和非磁性圓筒的工藝性好。
2.本發明內套(或外套)高速旋轉時，兩端的渦輪，將所處環境的流體(不腐蝕表面處理過的金屬和永磁體的流體如空氣、惰性氣體、清淡水、液態油等)旋壓入內套和外套之間的間隙形成高壓氣墊或靜液層，極大地增強了內套和外套的相對懸浮力，極大地遏制了內套和外套的相對跳動、擺動，軸的轉速越高，效果越佳，從而極大地提高了軸承運轉的穩定性、可靠性。
3.本發明若不配置渦輪，根據實際應用要求，設計內套、外套之間隙，既可作為單向減振器或阻尼器使用，又可作為多向減振器或阻尼器使用。
圖1為本發明實施方式1的結構示意圖；圖2為本發明實施方式2的結構示意圖；
圖3為本發明實施方式3的結構示意圖；圖4為本發明實施方式4的結構示意圖；圖5為本發明實施方式5的結構示意圖；圖6為本發明實施方式6的結構示意圖；圖7為本發明實施方式7的結構示意圖；圖8為本發明實施方式8的結構示意圖；圖9為本發明實施方式9的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述實施方式1如圖1示，在支撐軸的非磁性軸套7上固接軸向充磁的永磁內磁環2和內磁環3。在內磁環2和內磁環3之間夾著一個適當厚度導磁墊片18，其內圓大小與內磁環的內圓相同，其外圓直徑比內磁環的外圓直徑每面小一點(圖中未畫出)，以增強內磁環2、內磁環3兩端外圓上的徑向分磁力；若內磁環2、內磁環3兩端外圓上的徑向分磁力足夠大，那么導磁墊片18的外圓可做成與內磁環的外圓大小相同。在非磁性軸套7兩端分別固套一個渦輪6和17，軸套、渦輪、內磁環構成了本發明的內套。
在內磁環的外圓外離開軸承間隙，套軸向充磁的環形永磁體11、12，簡稱甲磁環，其充磁方向與內磁環2、3的充磁方向相同。在甲磁環11和甲磁環12之間夾著一個厚度與導磁墊片18的厚度相同的導磁墊片16，導磁墊片16的外圓大小與甲磁環的外圓相同，內圓直徑比甲磁環的內圓直徑每面大一點(圖中未畫出)。在甲磁環11、12的外端面上分別緊貼一個適當厚度導磁墊片8、15其外圓直徑與甲磁環的外圓直徑相等，其內圓直徑比甲磁環的內圓直徑每面大一點(圖中未畫出)。緊貼導磁墊片8、15的外端面分別配置一個軸向充磁的環形永磁體10、13，簡稱乙磁環，兩個乙磁環的尺寸、充磁方向及性能參數與甲磁環相同。在內磁環2、3的外端面外，對稱地配置兩個相同的軸向充磁的環形永磁體1、4，簡稱丙磁環，兩個丙磁環的內端面沿軸線方向分別向外離開內磁環2、3端面一個間隙尺寸，丙磁環1、4與內磁環2、3相對的端面極性相同；兩個丙磁環1、4的外圓與乙磁環10、13的內圓相貼，丙磁環和乙磁環的端面齊平。在丙磁環1、4和乙磁環10、13的外側端面分別配置一塊中心有喇叭孔的導磁圓盤5、14，喇叭孔的小端直徑與丙磁環1、4的內圓直徑大小相同，喇叭孔的大端直徑大小保證渦輪6、17放入時不擦碰喇叭孔壁為宜，導磁圓盤5、14的外圓與甲磁環11、12和乙磁環10、13的外圓相同。在導磁圓盤5、14的外圓與甲磁環11、12和乙磁環10、13的外圓固套一個非磁性圓筒9，其端面與導磁圓盤5、14的端面齊平，非磁性圓筒9起聯接作用。導磁圓盤5和14、甲磁環11和12、乙磁環10和13、丙磁環1和4、非磁性圓筒9構成了本發明的外套。
組裝時，用壓力工裝將內套與外套安要求沿軸向壓緊，然后在冷卻保護下，采取焊接工藝將非磁性圓筒與導磁圓盤焊接起來，也可用螺栓聯接。
多個內磁環、多個甲磁環分別沿軸向直接相并后的徑向磁分力大到滿足要求，可去掉導磁墊片。
所述外套中的主磁通的方向是反時針(或順時針)的，內套的內磁環2、3被甲磁環11和12、乙磁環10和13、丙磁環1和4包圍，內磁環2、3的主磁通方向與丙磁環1和4的磁通方向相反，但它的主磁通方向又與甲磁環11和12的主磁通方向相同，即內磁環2、3在軸向與丙磁環1和4同極性相對，在軸向與甲磁環11和12充磁方向一致且平行相對；因為使內磁環2、3在材料、形狀、尺寸、性能參數等方面相同，甲磁環1 1和12在材料、形狀、尺寸、性能參數等方面相同，乙磁環10和13在材料、形狀、尺寸、性能參數等方相同，丙磁環1和4在材料、形狀、尺寸、性能參數等方面相同，本發明的內套中的環形永磁體與外套中的環形永磁體在徑向和軸向總是同極性相對，所以本發明的內、外套在徑向產生相等的磁斥力，在軸向也產生相等的磁斥力，使內、外套在徑向、在軸向具有相對懸浮穩定性。
本實施方式除內、外套之間隙和渦輪進流間隙，再無任何空隙，軸承的內部空間裝配了極多永磁體，結構簡單緊湊，所以本發明單位體積承載能力大、剛度大。
本實施方式的內套上兩端的渦輪6和17，隨要支撐的軸高速旋轉，將軸承所處環境的流體(不腐蝕表面處理過的金屬和永磁體的流體如空氣、惰性氣體、清淡水、液態油等)旋壓入內套和外套之間的間隙形成高壓氣墊或靜液層，極大地增強了內套和外套的相對懸浮力，極大地遏制了內套和外套的相對跳動、擺動，軸的轉速越高，效果越佳，從而極大地提高了軸承運轉的穩定性、可靠性。
實施方式2如圖2示。當需要軸承外套轉動，且內套被固定時，將實施方式1中的非磁性轉套7、導磁圓盤5和14、渦輪6和1 7相應改成圖2示所示的非磁性轉套19、導磁圓盤20和22、渦輪21和23，而且使渦輪21和23分別與導磁圓盤20和22固接，使渦輪21和23的內圓與轉套19的外圓分離開一間隙。
實施方式3如圖3示。若實際中被支撐轉軸的轉速低，跳動和擺動很小，或者在真空環境中，那末，使用實施方式1或2所述的軸承不用配置渦輪，成為純永磁懸浮軸承。將實施方式1中的非磁性轉套7、導磁圓盤5和14相應改成圖3示所示的非磁性轉套24、導磁圓盤25和26。
實施方式4如圖4示。將內磁環、甲磁環分別做成一個，即內磁環為27，甲磁環變為28。
實施方式5如圖5示。對于實施方式4的軸承，當需要軸承外套轉動，且內套被固定時，將實施方式1中的非磁性轉套7、導磁圓盤5和14、渦輪6和17相應改成圖2示所示的非磁性轉套19、導磁圓盤20和22、渦輪21和23，而且使渦輪21和23分別與導磁圓盤20和22固接，使渦輪21和23的內圓與轉套19的外圓分離開一間隙。
實施方式6如圖6示。若實際中被支撐轉軸的轉速低，跳動和擺動很小，或者在真空環境中，那末，使用實施方式4或5所述的軸承不用配置渦輪，成為純永磁懸浮軸承。將實施方式1中的非磁性轉套7、導磁圓盤5和14相應改成圖3示所示的非磁性轉套24、導磁圓盤25和26。
實施方式7如圖7示。將實施方式4(4中未注明的件號與圖1所示的件號相同)中的乙磁環10和13、丙磁環1和4、導磁墊片8和15去掉，并將內磁環27、甲磁環28沿軸向向兩端分別延長一個乙磁環(或丙磁環)厚度尺寸后(這樣做的前提條件是改變后的磁環厚度使其充磁時并不困難)，內磁環27和甲磁環28分別變為30和29，這樣的軸承結構簡單。
實施方式8如圖8示。對于實施方式7的軸承，當需要軸承外套轉動，且內套被固定時，將實施方式1中的非磁性轉套7、導磁圓盤5和14、渦輪6和17相應改成圖2示所示的非磁性轉套19、導磁圓盤20和22、渦輪21和23，而且使渦輪21和23分別與導磁圓盤20和22固接，使渦輪21和23的內圓與非磁性轉套19的外圓分離開一間隙。
實施方式9如圖9示。若實際中被支撐轉軸的轉速低，跳動和擺動很小，或者在真空環境中，那末，使用實施方式7或8所述的軸承不用配置渦輪，成為純永磁懸浮軸承。實施方式1中的轉套7、導磁圓盤5和14相應改成圖3示所示的非磁性轉套24、導磁圓盤25和26。
權利要求
1.一種永磁與渦輪復合軸承，其特征是該軸承由內套和外套組成，內套和外套上設置軸向充磁環形永磁體，外套上環形永磁體與內套上環形永磁體隔離一間隙同極性相對，所述內套或外套兩端分別設置一個渦輪。
2.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是軸承有一個支撐轉軸的非磁性軸套，軸套兩端分別固套一個渦輪，非磁性軸套中部外圓上固套一個或多個軸向充磁的環形永磁體，稱為內磁環，內磁環的尺寸、充磁方向及性能參數相同，若內磁環為多個，在相鄰的兩個之間夾一個導磁墊片，其內圓直徑與內磁環的內圓直徑相等，其外圓直徑比內磁環的外圓直徑小；非磁性軸套、渦輪、內磁環構成所述軸承的內套。
3.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是在內磁環的外圓外離開一間隙套軸向充磁的環形永磁體，簡稱甲磁環，其個數與內磁環的個數相等，所有甲磁環的尺寸及性能參數相同，其充磁方向與內磁環的充磁方向相同；在相鄰的兩個甲磁環之間夾一個導磁墊片，其厚度與內磁環之間的導磁墊片的厚度相同，其外圓直徑與甲磁環的外圓直徑相等，其內圓直徑比甲磁環的內圓直徑每面大；在多個甲磁環組成的甲磁環組的兩個外端面上，分別配置一個與兩個甲磁環之間的導磁墊片相同的導磁墊片；緊貼每個墊片的外端面分別配置一個軸向充磁的環形永磁體，簡稱乙磁環，兩個乙磁環的尺寸、充磁方向及性能參數與甲磁環相同；在每個乙磁環內圓配置一個軸向充磁的環形永磁體，簡稱丙磁環，兩個丙磁環的尺寸及性能參數相同，但充磁方向與甲磁環相反，兩個丙磁環的內端面沿軸線方向分別向外離開內磁環端面一間隙，并且與內磁環端面同極性相對，丙磁環的外圓與乙磁環的內圓相貼，丙磁環的內圓比非磁性軸套的外圓每面大一間隙，丙磁環和乙磁環的端面齊平；在丙磁環和乙磁環的外側端面上配置一塊中心有喇叭孔的導磁圓盤，喇叭孔的小端直徑與丙磁環的內圓直徑大小相同，喇叭孔的大端直徑大小保證渦輪轉動時不擦碰喇叭孔壁，導磁圓盤的外圓與甲磁環和乙磁環的外圓相同；在導磁圓盤的外圓、甲磁環和乙磁環的外圓上固套一個非磁性圓筒，其端面與導磁圓盤的端面齊平；導磁圓盤、甲磁環、乙磁環、丙磁環、非磁性圓筒構成所述軸承的外套。
4.根據權利2-3中任一項所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是若多個內磁環、多個甲磁環分別沿軸向直接相并后的徑向磁分力大到滿足要求，可去掉導磁墊片。
5.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是外套中的主磁通的方向是反時針或順時針的，內套的內磁環被甲磁環、乙磁環、丙磁環包圍，它的主磁通方向與丙磁環的磁通方向相反，但它的主磁通方向又與甲磁環的主磁通方向相同，即內磁環在軸向與丙磁環同極性相對，在軸向與甲磁環充磁方向一致且平行相對。
6.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是軸承的內套作支撐旋轉軸的載體，外套作為固定套；若去掉內套上的渦輪，另外設計渦輪及導磁圓盤的孔與窩，將渦輪與導磁圓盤固接，所述內套也可作支撐固定軸的固定套，外套作為轉動套，即內套、外套的功能可同時互換。
7.根據權利要求3所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是可去掉所述軸承外套中的乙、丙磁環，同時將軸套及非磁性圓筒的軸向尺寸縮短兩倍乙磁環的軸向尺寸。
8.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是在有些情況下應用，可不配置渦輪。
9.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是根據實際需要，內磁環、甲磁環的數量可增減。
10.根據權利要求1所述的永磁與渦輪復合軸承，其特征是不配置渦輪，可作為單向或多向減振器，也可作為單向或多向阻尼器。
全文摘要
本發明公開了一種永磁與渦輪復合軸承，解決現有磁懸浮軸承結構復雜、單位體積承載力小、運轉穩定性差、應用受局限等問題。本發明由內套和外套組成，內套和外套上設置軸向充磁環形永磁體，外套上環形永磁體與內套上環形永磁體隔離一間隙同極性相對，從而使內套與外套因磁斥力而相對懸浮，所述內套(或外套)上兩端分別配置一個渦輪，當內套(或外套)高速旋轉時，渦輪將所處環境的流體旋壓入內套和外套之間的間隙形成高壓氣墊或靜液層，極大地遏制了內套和外套的相對跳動、擺動，從而極大地提高了軸承運轉的穩定性、可靠性。本發明結構緊湊、剛度大、單位體積承載力大、運轉穩定性高、用途廣。
文檔編號F16C32/04GK101070878SQ20061013765
公開日2007年11月14日 申請日期2006年11月2日 優先權日2006年11月2日
發明者劉新廣 申請人:劉新廣