徑向斥力永磁懸浮軸承的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種徑向斥力永磁懸浮軸承。它包括內圈、外端蓋、外隔圈、陶瓷保持球組件、靜永磁環及動永磁環等。主要利用徑向磁懸浮力承受徑向外載荷，又可利用陶瓷球組件輔助承受軸向外載荷，主要承受徑向外載荷時是一個摩擦力矩很小的徑向永磁懸浮軸承，用來輔助承受軸向外載荷時是一個摩擦力矩與陶瓷推力球軸承相當的推力球軸承。便于工業應用的徑向斥力永磁懸浮軸承結構簡單可靠，減少了目前永磁軸承散件自由組裝帶來的不便，具有使用方便、無摩擦、無需潤滑、高轉速以及長壽命等優點，易于標準化、系列化生產，以滿足可商品化的要求。
【專利說明】徑向斥力永磁懸浮軸承
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種永磁懸浮軸承，特別是一種能普遍適用于大規模工業應用的徑向斥力永磁懸浮軸承，主要用來承受徑向外載荷。
【背景技術】
[0002]磁懸浮軸承簡稱磁力軸承，是利用定子和轉子之間的磁力作用將轉子懸浮于空間，使轉子和定子之間只有保持微摩擦接觸的一種新型高性能軸承。由于轉子、定子之間在主承載方向上不存機械上的接觸摩擦，所以磁懸浮軸承的轉子可達到很高的運轉轉速，并且具有機械磨損小、能耗低、壽命長、無需潤滑、無污染等優點，特別適合高速、真空和超潔凈等特殊的應用場合。
[0003]磁懸浮軸承根據工作原理或磁力產生方式一般可以分為三類:主動磁懸浮軸承(Active Magnetic Bearing,簡稱 AMB),被動磁懸浮軸承(Passive Magnetic Bearing,簡稱PMB),混合磁懸浮軸承(Hybrid Magnetic Bearing,簡稱HMB)。被動磁懸浮軸承又可分為:永磁懸浮軸承、超導磁懸浮軸承、抗磁體磁懸浮軸承、電動力磁懸浮軸承。其中，永磁懸浮軸承(簡稱永磁軸承)是利用永磁體之間的作用力來實現懸浮物體在部分主承載自由度上的穩定懸浮。
[0004]時至今日，永磁懸浮依然面臨著難以解決的技術難題。1842年，英國物理學家Earnshaw指出:一個相互作用力服從與距離平方成反比規律的體系不可能實現三維空間的穩定平衡。這一結論被十九世紀的偉大物理學家Maxwell做過引述和論證，隨后Brown進行了推論，歷經三個世紀發展成為Earnshaw定理:永磁懸浮軸承不可能在空間所有自由度上實現全永磁懸浮。因此想要得到穩定的平衡懸浮體系，至少要在一個自由度上引入主動外力(如電磁力、機械力)輔助支承進行補償。
[0005]目前，永磁懸浮軸承尚處于實驗研究階段，由于磁鐵不同極性接觸時吸力很大，且沒有專業化工廠制造生產，因此在自行組裝和安裝時將遭遇到很多困難和不便，不能在工業上得到大規模應用。若能研制一種能像滾動軸承那樣能夠標準化、系列化生產的永磁軸承，那么它一定會象滾動軸承那樣在工業應用領域中得到大規模應用，同時也能促進永磁懸浮軸承事業的進一步發展。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種徑向主承載斥力型永磁懸浮軸承，它運用永磁鐵具有“同性相斥、異性相吸”的原理使轉軸在徑向主承載時穩定懸浮，在軸向上依賴輔助保護軸承進行定位，利用陶瓷球組件作為保持軸承(相當于滾動軸承中的保持架)來使轉軸保持軸向定位，使內外兩磁環間恰好正中相套，沒有軸向偏移，兩者之間徑向上有一定的氣隙，沒有任何摩擦，完全依靠磁環之間的斥力來達到徑向主承載力的平衡，從而在徑向主承載上保持穩定懸浮，大大減小摩擦、提升轉軸的轉速并且經久耐用，可以有效減少能量的損耗，達到節能的目的。[0007]為了達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0008]一種徑向斥力永磁懸浮軸承，包括一個內圈、兩個外端蓋、一個外隔圈、四個靜永磁環、四個動永磁環、用于對動永磁環進行軸向定位的緊固蓋、用于對轉軸進行軸向定位的陶瓷球組件(相當于滾動軸承中的保持架)以及用于固定外圈的若干個內六角圓柱頭螺栓和彈簧墊片。其特征在于所述的四個靜永磁環與四個動永磁環均軸向相對堆疊，四個動永磁環套在四個靜永磁環中，靜永磁環由外端蓋來進行軸向定位，動永磁環由緊固蓋進行軸向定位，兩個外端蓋通過若干個內六角圓柱頭螺栓和彈簧墊片分別與外隔圈固定連接，形成徑向斥力永磁懸浮軸承的整體固定外圈。
[0009]上述的徑向斥力永磁懸浮軸承在徑向主承載上由靜永磁環和動永磁環之間的斥力來達到穩定懸浮。磁環所用材料為釹鐵硼，均采用軸向充磁，由磁環加工廠家定制。
[0010]上述的徑向斥力永磁懸浮軸承，內圈的內徑相當于滾動軸承的內圈內徑，外圈的外徑相當于滾動軸承的外圈外徑，寬度相當于滾動軸承的寬度，結構簡單，適合標準化、系列化生產。
[0011]本實用新型與現有技術相比，具有如下顯而易見的突出特點和顯著優點:徑向斥力永磁懸浮軸承結構簡單可靠，減少了目前永磁軸承散件自行組裝帶來的不便，具有使用方便、摩擦力小、節能等優點，可以參照傳統滾動軸承的尺寸來進行標準化、系列化生產，滿足工業應用的要求。
[0012]【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型一個實施例的總體結構示意圖。
[0014]圖2是本實用新型一個實施例的象滾動軸承一樣的外觀主視圖。
【具體實施方式】
[0015]本實用新型的優選實施例結合附圖詳述如下:
[0016]實施例一:
[0017]參見圖1和圖2,本徑向斥力永磁懸浮軸承,包括一個內圈(I)、兩個外端蓋(2)、一個外隔圈(5)、四個靜永磁環(6)、四個動永磁環(7)以及用于固定外端蓋(2)和外隔圈(5)的若干個內六角圓柱頭螺栓⑶和彈簧墊片⑷；其特征在于:所述的四個靜永磁環(6)放置在外隔圈(5)中，由兩個外端蓋(2)來保持軸向定位；所述的四個動永磁環(7)套在內圈
(I)上，由旋套在內圈(I)上的兩個緊固蓋(8)來保持軸向定位；內圈(I)上的兩個緊固蓋
(8)與兩個外端蓋(2)之間分別放置一個一陶瓷球組件(9)來保持內圈(I)的軸向定位，以保證靜永磁環(6)和動永磁環(7)的正中對置；動永磁環(7)和靜永磁環(6)相套配置，并保持有效間隙；兩個外端蓋(2)通過若干內六角圓柱頭螺栓(3)和彈簧墊片(4)分別與所述外隔圈(5)固定連接。
[0018]實施例二:
[0019]本實施例與實施例一基本相同特別之處如下:所述四個靜永磁環(6)和四個動永磁環⑵均采用軸向磁化。所述四個靜永磁環(6)和四個動永磁環(7)中相鄰的兩個同一規格永磁環采用堆疊放置，且磁極相反；靜永磁環(6)和動永磁環(7)磁極相同，即均成斥力放置。所述的內圈(I)、外端蓋(2)、內六角圓柱頭螺栓(3)、外隔圈(5)和緊固蓋⑶均由無磁材料制成。[0020]實施例三:
[0021]本實施例是:參見圖1，本徑向斥力永磁懸浮軸承包含一個內圈(1)、兩個外端蓋
(2)、若干個內六角圓柱頭螺栓(3)和彈簧墊片(4)、一個外隔圈(5)、四個靜永磁環(6)、四個動永磁環(7)、兩個緊固蓋(8)和兩個陶瓷球組件(9);所述的四個動永磁環(7)套在內圈(1)上，軸向上由緊固蓋⑶進行定位；所述的四個靜永磁環(6)放置在外隔圈(5)內，由外端蓋⑵進行軸向定位，兩個外端蓋⑵通過若干個內六角圓柱頭螺栓⑶和彈簧墊片(4)固結在外隔圈(5)上，形成徑向斥力永磁懸浮軸承的整體固定外圈；動永磁環(7)和靜永磁環(6)中相鄰兩磁環均采用相向堆疊，而動永磁環(7)內置于靜永磁環(6)內，磁環磁極方向相同，呈斥力型相套。
[0022]上述的徑向永磁懸浮軸承的工作原理為:在軸向上，陶瓷球組件(9)主要用于對內圈轉軸進行軸向輔助定位(相當于滾動軸承中的保持架將滾動體均勻隔開)，定位精度越高其所受的軸向磁力越小，徑向斥力永磁懸浮軸承的摩擦力矩越小。同時，陶瓷球組件
(9)還可用來輔助承受軸向外載荷，軸向外載荷越大，徑向斥力永磁懸浮軸承的摩擦力矩越大；在徑向上，動永磁環(7)套在靜永磁環(6)當中，且相套的兩磁環極性方向相同，根據磁鐵“同性相斥、異性相吸”的性質以及磁鐵的四周和磁鐵的四周可以相斥或者相吸的原理可知，當動永磁環(7)不承受徑向外載荷時，靜永磁環(6)對動永磁環(7)的斥力使其達到平衡，當動永磁環(7)在徑向外載荷作用下在徑向產生位移時，靜永磁環(6)將會對動永磁環
(7)產生一個很大的斥力并迫使其恢復平衡狀態；靜永磁環(6)對動永磁環(7)的作用力主要用來承受徑向外載荷，而起定位作用的陶瓷球組件(9)還可輔助承受軸向外載荷，故本實用新型主要利用徑向磁懸浮力承受徑向外載荷，又可利用陶瓷球組件輔助承受軸向外載荷，主要承受徑向外載荷時是一個摩擦力矩很小的徑向永磁懸浮軸承，輔助用來承受軸向外載荷時是一個摩擦力矩與陶瓷推力球軸承相當的推力球軸承。
[0023]參見圖2，徑向斥力永磁懸浮軸承結構簡單可靠、減少了目前永磁懸浮軸承散件自行組裝帶來的不便，具有使用方便、摩擦力矩小、節能以及適應于大規模應用等優點。在實際應用中，用戶主機廠家的工程技術人員選用徑向斥力永磁懸浮軸承承受徑向外載荷時只需知道內圈內徑6外圈外徑^和軸承寬度等軸承規格尺寸，就能像選用向心滾動軸承那樣方便地將其設計到主機中進行使用，滿足承受徑向載荷的工業應用要求，而對于軸承制造廠家易于進行標準化、系列化生產。
【權利要求】
1.一種徑向斥力永磁懸浮軸承，包括一個內圈(I)、兩個外端蓋(2)、一個外隔圈(5)、四個靜永磁環(6)、四個動永磁環(7)以及用于固定外端蓋(2)和外隔圈(5)的若干個內六角圓柱頭螺栓(3)和彈簧墊片(4);其特征在于:所述的四個靜永磁環(6)放置在外隔圈(5)中，由兩個外端蓋(2)來保持軸向定位；所述的四個動永磁環(7)套在內圈(I)上，由旋套在內圈⑴上的兩個緊固蓋⑶來保持軸向定位；內圈⑴上的兩個緊固蓋⑶與兩個外端蓋(2)之間分別放置一個一陶瓷球組件(9)來保持內圈(I)的軸向定位，以保證靜永磁環(6)和動永磁環(7)的正中對置；動永磁環(7)和靜永磁環(6)相套配置，并保持有效間隙；兩個外端蓋(2)通過若干內六角圓柱頭螺栓(3)和彈簧墊片(4)分別與所述外隔圈(5)固定連接。
2.根據權利要求1所述的徑向斥力永磁懸浮軸承，其特征在于:所述四個靜永磁環(6)和四個動永磁環(7)均米用軸向磁化。
3.根據權利要求1所述的徑向斥力永磁懸浮軸承，其特征在于:所述四個靜永磁環(6)和四個動永磁環(7)中相鄰的兩個同一規格永磁環采用堆疊放置，且磁極相反；靜永磁環(6)和動永磁環(7)磁極相同，即均成斥力放置。
4.根據權利要求1所述的徑向斥力永磁懸浮軸承，其特征在于:所述的內圈(I)、外端蓋(2)、內六角圓柱頭螺栓(3)、外隔圈(5)和緊固蓋(8)均由無磁材料制成。
【文檔編號】F16C32/04GK203702863SQ201420000702
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月2日 優先權日:2014年1月2日
【發明者】張鋼, 張堅, 張海龍, 孟慶濤, 姜笑穎, 支漢立, 孫玉卓, 葉婷 申請人:上海大學