專利名稱：一種具有大軸向承載能力的永磁軸承結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于儲能飛輪中的軸向承載永磁軸承，此類永磁軸承也能 用于機械儀表等機構中。屬于磁懸浮軸承的技術領域。
背景技術：
磁軸承是利用磁場力將轉軸懸浮起來的一類軸承。目前有超導磁懸浮、電磁 懸浮、永磁懸浮等懸浮方式，也有的是兩種的組合。由于高轉速、無機械磨損、 可靠性高、動態特性可調等優點，磁懸浮軸承非常適用于飛輪儲能系統及機械儀 表等機構中。超導磁懸浮軸承的效率很高，但技術要求及成本高；電磁懸浮需要 激磁電流，消耗電力，效率相比較低，且電磁軸承系統體積較大也限制其應用； 相對于超導磁懸浮與電磁懸浮，永磁軸承具有結構緊湊簡單、體積小、無功耗等 優勢，越來越多地在儲能飛輪中得到使用，為飛輪提供軸向卸載，永磁軸承還有 一定的徑向剛度，保證徑向的穩定性。
目前儲能飛輪的發展趨勢是大儲能量、大功率，飛輪的體積與質量隨之變大， 所以為飛輪提供軸向卸載的永磁軸承要求有大承載能力，且飛輪系統內體積有 限，則提高永磁軸承在有限體積內的軸向承載能力很有意義。
發明內容
技術問題針對傳統雙環永磁軸承的軸向承載能力不足，本發明提供一種 大軸向承載能力的永磁軸承。該永磁軸承結構磁路中絕大部分磁力線經過軸承定 子與軸承轉子間的軸向氣隙，有效地降低磁路磁漏與磁阻，增強了軸向氣隙磁感 應強度。使得軸承定子對轉子的軸向吸引力得以較大提高。
技術方案本發明具有大承載能力的永磁軸承結構包括軸承定子與軸承轉 子，軸承定子由軟磁環、定位環、外永磁環和內永磁環組成；在軸承定子中，定 位環的外圓周上設置外永磁環，在定位環的內圓周上設置內永磁環，在定位環的 上部設置軟磁環，軟磁環的外圓與外永磁環的外圓相等，軟磁環的內圓與內永磁
環的內圓相等，軸承定子與軸承轉子之間有軸向氣隙，二者位于同一條軸線上， 內外永磁環均采用軸向充磁，為形成封閉磁路，內外永磁環磁極反向放置。 軸承定子與軸承轉子間軸向氣隙可調節。
有益效果通過此種新型永磁軸承結構，有效地減少了磁路磁漏及降低磁路 磁阻。與同材料同體積的傳統永磁軸承結構相比軸承定子與轉子間的軸向吸力更 大。可用于大儲能、大功率的儲能飛輪的軸向卸載，也可以促進機械儀表的微型 化。以4)30X小84X12的新型永磁軸承為例，軸向氣隙在8咖之內，軸向吸力 相對于同體積同材料的傳統永磁軸承平均提高了 45. 8%。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的大軸向承載能力的永磁軸承(簡稱新型結構)與同體積單環 永磁軸承(簡稱傳統結構)承載能力對比圖。
圖中包括軸承定子、軸承轉子，軸承定子由軟磁環l、定位環2、外永磁
環3和內永磁環4組合而成。圖中箭頭代表磁化方向。
具體實施例方式
這種永磁軸承由軸承定子、軸承轉子組成，軸承定子由一個軟磁環、 一個定 位環與二個永磁環組合，永磁環均為軸向磁化，且內外永磁環磁化方向相反。永 磁環材料是Nd-Fe-B系永磁材料，此材料具有較大的矯頑力與剩磁感應強度；軟 磁環材料采用導磁性能較好的40Cr(調質處理)；定位環選用不導磁的硬鋁材料。
軸承定子與軸承轉子形成閉合磁路，二者之間的作用力為軸向吸力。通過軸 承定子與軸承轉子間的吸力將飛輪轉子懸浮起來，從而實現軸向卸載。永磁軸承 的軸向力與徑向剛度的大小可以通過調整軸向氣隙來調節。當兩磁環間軸向位移 減小時，軸向吸力與徑向剛度均增大；反之，軸向力與徑向剛度均減小。
如附圖所示，本發明中組成軸承定子的主要部件有
軟磁環1的材料采用調質處理40Cr;
定位環2的材料采用不導磁材料硬鋁(牌號為2A13);
外永磁環3與內永磁環4的材料均是Nd-Fe-B系燒結永磁體，材料牌號是 N40，這種永磁環可以在專業的磁產品廠家定做；
軸承轉子5與飛輪轉子一體，材料為調質處理40Cr;
軸承定子結構中內外永磁環的磁化方向相反，軸承定子與軸承轉子間有軸 向氣隙，永磁軸承的軸向吸力及徑向剛度大小可通過改變軸向氣隙來調節。
在軸承定子中，定位環2的外圓周上設置外永磁環3，在定位環2的內圓周 上設置內永磁環4，在定位環2的上部設置軟磁環1，軟磁環l的外圓與外永磁 環3的外圓相等，軟磁環l的內圓與內永磁環4的內圓相等，軸承定子與軸承轉 子5之間有軸向氣隙，二者位于同一條軸線上，內外永磁環均采用軸向充磁，為 形成封閉磁路，內外永磁環磁極反向放置。軸承定子與軸承轉子5間軸向氣隙可 調節。
權利要求
1.一種具有大承載能力的永磁軸承結構，其特征在于該結構包括軸承定子與軸承轉子(5)，軸承定子由軟磁環(1)、定位環(2)、外永磁環(3)和內永磁環(4)組成；在軸承定子中，定位環(2)的外圓周上設置外永磁環(3)，在定位環(2)的內圓周上設置內永磁環(4)，在定位環(2)的上部設置軟磁環(1)，軟磁環(1)的外圓與外永磁環(3)的外圓相等，軟磁環(1)的內圓與內永磁環(4)的內圓相等，軸承定子與軸承轉子(5)之間有軸向氣隙，二者位于同一條軸線上，內外永磁環均采用軸向充磁，為形成封閉磁路，內外永磁環磁極反向放置。
2. 根據權利要求1所述的具有大承載能力的永磁軸承結構，其特征在于軸承 定子與軸承轉子(5)間軸向氣隙可調節。
全文摘要
具有大承載能力的永磁軸承結構包括軸承定子與軸承轉子(5)，軸承定子由軟磁環(1)、定位環(2)、外永磁環(3)和內永磁環(4)組成；在軸承定子中，定位環(2)的外圓周上設置外永磁環(3)，在定位環(2)的內圓周上設置內永磁環(4)，在定位環(2)的上部設置軟磁環(1)，軟磁環(1)的外圓與外永磁環(3)的外圓相等，軟磁環(1)的內圓與內永磁環(4)的內圓相等，軸承定子與軸承轉子(5)之間有軸向氣隙，二者位于同一條軸線上，內外永磁環均采用軸向充磁，為形成封閉磁路，內外永磁環磁極反向放置。通過此種新型永磁軸承結構，有效地減少了磁路磁漏及降低磁路磁阻。與同材料同體積的傳統永磁軸承結構相比軸承定子與轉子間的軸向吸力更大。
文檔編號F16C32/04GK101368595SQ20081015615
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者蔣書運 申請人:東南大學