專利名稱：磁懸浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承，特別是采用磁力支撐的磁懸浮軸承。
現(xiàn)有的磁懸浮軸承包括永磁磁力軸承和電磁磁力軸承，電磁磁力軸承利用電磁力產(chǎn)生的磁場(chǎng)力使軸與軸承相對(duì)懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)摩擦阻力，運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一套電子控制、檢測(cè)系統(tǒng)、輔助支承及其他輔助措施，故設(shè)備成本高，特別是對(duì)于承載力大的軸承，全套設(shè)備既復(fù)雜又昂貴。目前的永磁磁力軸承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但承載力均不大，主要在電表等儀器中應(yīng)用，且均是單極或兩極永磁懸浮，故其作為磁懸浮的剛度很小，即dH/dz(間隙變化時(shí)，承載力的變化)很小，無(wú)法達(dá)到在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、剛度大、承載力大的磁懸浮軸承，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它由至少兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)和所述的徑向穩(wěn)定磁環(huán)之間設(shè)置的至少一組軸向穩(wěn)定磁環(huán)組成，所述的徑向穩(wěn)定磁環(huán)由一與軸承座固定相連的徑向靜磁環(huán)和一并列設(shè)置的與沿徑向延伸的軸套固定相連的徑向動(dòng)磁環(huán)組成，所述的徑向靜磁環(huán)和徑向動(dòng)磁環(huán)均由沿徑向的兩極以上緊密相連的交叉磁極組成，所述的徑向靜磁環(huán)和徑向動(dòng)磁環(huán)沿徑向?qū)?yīng)的磁極磁力大小相同，極性相反；所述的軸向穩(wěn)定磁環(huán)由一與軸承座固定連接的軸向靜磁環(huán)和一并排設(shè)置的與沿軸向延伸的軸套固定相連的軸向動(dòng)磁環(huán)組成，所述的軸向靜磁環(huán)和軸向動(dòng)磁環(huán)均由沿軸向的兩極以上緊密相連的交叉磁極組成，所述的軸向靜磁環(huán)和軸向動(dòng)磁環(huán)沿軸向?qū)?yīng)的磁極磁力大小相同，極性相反。
上述緊密相連的交叉磁極由單塊環(huán)行永磁體拼湊而成；上述緊密相連的交叉磁極由兩塊及兩塊以上磁塊粘成的環(huán)行永磁體拼湊而成；上述緊密相連的交叉磁極由多極充磁方法充成；上述緊密相連的交叉磁極有四個(gè)磁極。
本發(fā)明還可以這樣實(shí)現(xiàn)在軸上直接或間接固連有可隨所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)或一個(gè)以上磁體，在一定的空間范圍內(nèi)設(shè)置有與所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體的磁極極性和磁力大小相匹配的可使所述軸實(shí)現(xiàn)全磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)的匹配磁體。
上述磁體和/或匹配磁體為永磁體；本發(fā)明由于每組徑向穩(wěn)定磁環(huán)的由多個(gè)緊密相連的交叉磁極組成的徑向靜磁環(huán)和徑向動(dòng)磁環(huán)對(duì)應(yīng)的磁極是磁力大小相同、極性相反的，同樣，每組軸向穩(wěn)定磁環(huán)的由多個(gè)緊密相連的交叉磁極組成的軸向靜磁環(huán)和軸向動(dòng)磁環(huán)對(duì)應(yīng)的磁極也是磁力大小相同、極性相反的，這樣在徑向和軸向均形成了拉推磁路，也就是說(shuō)每組徑向穩(wěn)定磁環(huán)和軸向穩(wěn)定磁環(huán)在處于磁極耦合態(tài)時(shí)能態(tài)最低因而偏離偶合時(shí)就有偶合力。對(duì)于軸向穩(wěn)定磁環(huán)，在軸向就形成軸向的穩(wěn)定力，使軸不會(huì)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，但軸向穩(wěn)定磁環(huán)在徑向是不穩(wěn)定的，對(duì)于徑向穩(wěn)定磁環(huán)，由于軸的自重使徑向動(dòng)磁環(huán)有向下移的傾向，在偶合力的作用下徑向靜磁環(huán)拉動(dòng)徑向動(dòng)磁環(huán)上移，形成向上的支撐力，即徑向穩(wěn)定磁環(huán)使軸具有徑向的穩(wěn)定性，但徑向穩(wěn)定磁環(huán)在軸向是不穩(wěn)定的，當(dāng)軸向穩(wěn)定磁環(huán)和徑向穩(wěn)定磁環(huán)相間配合使用，從設(shè)計(jì)上加上重力等因素，就能使軸實(shí)現(xiàn)整體懸浮并達(dá)到穩(wěn)定性和剛度的要求。故直接采用本實(shí)用新型的磁懸浮結(jié)構(gòu)，就能達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定性好、剛度大的效果，由于有幾個(gè)磁極剛度就增加至幾倍，根據(jù)剛度要求取級(jí)數(shù)多少，可實(shí)現(xiàn)大剛度的磁懸浮，故本發(fā)明有極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
所述磁體在上述敘述中即為軸向穩(wěn)定磁環(huán)中構(gòu)成軸向動(dòng)磁環(huán)中交叉磁極的每一單塊環(huán)行永磁體，以及徑向穩(wěn)定磁環(huán)中構(gòu)成徑向動(dòng)磁環(huán)中交叉磁極的每一單塊環(huán)行永磁體，在此磁體是通過(guò)軸套與軸間接固定連接。所述匹配磁體在上述敘述中即為軸向穩(wěn)定磁環(huán)中構(gòu)成軸向靜磁環(huán)中交叉磁極的每一單塊環(huán)行永磁體，以及徑向穩(wěn)定磁環(huán)中構(gòu)成徑向靜磁環(huán)中交叉磁極的每一塊環(huán)行永磁體。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的中央磁鐵的橫截面示意圖；圖6是圖4的B-B截面極性分布示意圖。
實(shí)施例1見(jiàn)圖1，圖中1為被支撐的軸，軸1上設(shè)置的徑向穩(wěn)定磁環(huán)2為兩組，兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)2之間設(shè)置有一組軸向穩(wěn)定磁環(huán)3；徑向穩(wěn)定磁環(huán)2由并列設(shè)置的徑向靜磁環(huán)4和和徑向動(dòng)磁環(huán)5組成，徑向靜磁環(huán)4固定在軸承座6上，徑向動(dòng)磁環(huán)5固定在沿徑向延伸的軸套7上，軸套7與軸1連為一體，徑向靜磁環(huán)4上相間設(shè)置有四個(gè)緊密相連的交叉磁極，從軸沿徑向分別為S極、N極、S極、N極，對(duì)應(yīng)地徑向動(dòng)磁環(huán)5上相間也設(shè)置有四個(gè)緊密相連的交叉磁極，從軸沿徑向分別為N極、S極、N極、S極，上述緊密相連的交叉磁極可由單塊環(huán)行永磁體并湊而成，也可由多極充磁方法充成多極磁鐵，對(duì)于大型磁懸浮做大塊磁環(huán)較難，可采用多塊粘為一體。當(dāng)軸1旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸套7帶動(dòng)固定在其上的徑向動(dòng)磁環(huán)5旋轉(zhuǎn)，而由于軸承座6固定不動(dòng)，與軸承座6固連的徑向靜磁環(huán)4也固定不動(dòng)。由于徑向靜磁環(huán)4與徑向動(dòng)磁環(huán)5對(duì)應(yīng)的多極磁極的極性相反、大小相等，當(dāng)兩者處于偶合態(tài)時(shí)，能態(tài)最低，軸的重力使軸1及徑向動(dòng)磁環(huán)5向下偏離偶合態(tài)時(shí)，由于多極磁力偶合力的作用，徑向靜磁環(huán)拉動(dòng)軸1及徑向動(dòng)磁環(huán)5回到偶合力最小的位置，使磁能降到最低，即徑向具有穩(wěn)定性。
軸向穩(wěn)定磁環(huán)3由并排設(shè)置的軸向靜磁環(huán)8和軸向動(dòng)磁環(huán)9組成，軸向靜磁環(huán)8固定在軸向軸承座10上，軸承座6及軸向軸承座10均固定連接在一基座上。軸向動(dòng)磁環(huán)9固定在沿軸向延伸的軸向軸套11上，軸向軸套11與軸1連為一體，軸向靜磁環(huán)8上相間設(shè)置有四個(gè)緊密相連的交叉磁極，從軸1沿軸向從右至左分別為N極、S極、N極、S極，對(duì)應(yīng)地軸向動(dòng)磁環(huán)5上相間也設(shè)置有四個(gè)緊密相連的交叉磁極，沿軸向從右至左分別為S極、N極、S極、N極，上述緊密相連的交叉磁極可由單塊環(huán)行永磁體拼湊而成，也可由多極充磁方法充成多極磁鐵，對(duì)于大型磁懸浮做大塊磁環(huán)較難，可采用多塊粘為一體。當(dāng)軸1旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸向軸套11帶動(dòng)固定在其上的軸向動(dòng)磁環(huán)9旋轉(zhuǎn)，而由于軸向軸承座10固定不動(dòng)，與軸向軸承座10固連的軸向靜磁環(huán)8也固定不動(dòng)。由于軸向靜磁環(huán)8與軸向動(dòng)磁環(huán)9對(duì)應(yīng)的多極磁極的極性相反、大小相等，當(dāng)兩者處于偶合態(tài)時(shí)，能態(tài)最低，故軸向具有穩(wěn)定性。
故本實(shí)施例的磁懸浮結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)軸向和徑向的穩(wěn)定性，達(dá)到本發(fā)明的目的。
通過(guò)對(duì)需承重的部件進(jìn)行計(jì)算，本實(shí)施例兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)2及其其間設(shè)置的一組軸向穩(wěn)定磁環(huán)3可以承重的范圍為軸重50公斤，剛度500公斤/毫米。
實(shí)施例2實(shí)施例2設(shè)置有四組徑向穩(wěn)定磁環(huán)2和兩組軸向穩(wěn)定磁環(huán)3，其設(shè)置方式見(jiàn)圖2，兩組軸向穩(wěn)定磁環(huán)3分別設(shè)置于兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)2之間，中間兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)2的徑向靜穩(wěn)定磁環(huán)4固定在同一徑向軸承座的兩面。本實(shí)施例的磁極仍然為四個(gè)交叉磁極。本實(shí)施例比實(shí)施例1能承受更大的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
實(shí)施例3在實(shí)施例1的徑向穩(wěn)定磁環(huán)和軸向穩(wěn)定磁環(huán)的數(shù)目上將各磁環(huán)的磁極數(shù)由4個(gè)增加到六個(gè)，可實(shí)現(xiàn)更大功率的磁懸浮。
實(shí)施例4見(jiàn)圖3。在圖3中的磁體為一個(gè)，即直接固定在軸1上的近軸環(huán)行永磁體11，而匹配磁體為三個(gè)，即與近軸環(huán)行永磁體11極性相同，磁力大小相同的固定在環(huán)行導(dǎo)磁體13上的第一個(gè)遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體12，環(huán)行導(dǎo)磁體13與軸1同心但直徑大于軸1，與軸1形成一環(huán)行空間。由于導(dǎo)磁體13的導(dǎo)入，雖然近軸環(huán)行永磁體11和遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體12極性相同，互相排斥，但最多只能排斥到兩者相距d1的程度，因而徑向是穩(wěn)定的，但軸向可移動(dòng)，于是在導(dǎo)磁體13上還在遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體12的左右分別相距d2的位置固定有極性相同的左側(cè)環(huán)行永磁體14和右側(cè)環(huán)行永磁體15，計(jì)算好d1和d2的距離及磁體磁力的大小，就能使有軸向移動(dòng)傾向的遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體12達(dá)到穩(wěn)定。即本實(shí)施例內(nèi)外磁路均為園柱形，中間磁體與匹配磁體一為斥力，軸向不穩(wěn)定，而徑向穩(wěn)定，兩邊分別的兩個(gè)匹配磁體與中間的匹配磁體形成兩個(gè)磁力磁路，達(dá)到軸向穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)全磁懸浮。
實(shí)施例5見(jiàn)圖4、圖5和圖6。圖4為平面型永磁懸浮軸承。在此，磁體為兩個(gè)分別設(shè)置在盆心相對(duì)的兩圓盆形導(dǎo)磁體13的盆心中央的兩個(gè)極性相同，磁力大小相等的圓柱磁體16、17，見(jiàn)圖5，圓柱磁體16、17形成小跨度強(qiáng)磁場(chǎng)，獲得懸浮力(斥力)，而匹配磁體為兩個(gè)導(dǎo)磁體13的相對(duì)的盆沿上分別固定的構(gòu)成兩兩個(gè)中空?qǐng)A柱狀多極磁體18、19的弧形磁體，兩個(gè)中空?qǐng)A柱狀多極磁體18、19的對(duì)應(yīng)磁極分別大小相等，方向相反，且磁極均是大跨度、低磁場(chǎng)，形成引力，保持軸向、徑向穩(wěn)定，形成平面型永磁懸浮軸承。本實(shí)施例的軸1固定在兩圓盆形導(dǎo)磁體13的盆底中央。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮軸承，其特征在于它由至少兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)和所述的徑向穩(wěn)定磁環(huán)之間設(shè)置的至少一組軸向穩(wěn)定磁環(huán)組成，所述的徑向穩(wěn)定磁環(huán)由一與軸承座固定相連的徑向靜磁環(huán)和一并列設(shè)置的與沿徑向延伸的軸套固定相連的徑向動(dòng)磁環(huán)組成，所述的徑向靜磁環(huán)和徑向動(dòng)磁環(huán)均由沿徑向的兩極以上緊密相連的交叉磁極組成，所述的徑向靜磁環(huán)和徑向動(dòng)磁環(huán)沿徑向?qū)?yīng)的磁極磁力大小相同，極性相反；所述的軸向穩(wěn)定磁環(huán)由一與軸承座固定連接的軸向靜磁環(huán)和一并排設(shè)置的與沿軸向延伸的軸套固定相連的軸向靜磁環(huán)組成，所述的軸向靜磁環(huán)和軸向動(dòng)磁環(huán)均由沿軸向的兩極以上緊密相連的交叉磁極組成，所述的軸向靜磁環(huán)和軸向動(dòng)磁環(huán)沿軸向?qū)?yīng)的磁極磁力大小相同，極性相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁懸浮軸承，其特征在于所述緊密相連的交叉磁極由單塊環(huán)行永磁體拼湊而成；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁懸浮軸承，其特征在于所述緊密相連的交叉磁極由兩塊及兩塊以上磁塊粘成的環(huán)行永磁體拼湊而成；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁懸浮軸承，其特征在于所述緊密相連的交叉磁極由多極充磁方法充成；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述磁懸浮軸承，其特征在于上述緊密相連的交叉磁極有四個(gè)磁極。
6.一種磁懸浮軸承，其特征在于它包括在軸上直接或間接固連的可隨所述軸轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)或一個(gè)以上磁體，在一定的空間范圍內(nèi)設(shè)置的與所述一個(gè)或一個(gè)以上磁體的極性和磁力大小相匹配的可使所述軸實(shí)現(xiàn)磁懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)的匹配磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述磁體和/或匹配磁體為永磁體；
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述磁體為一直接固定在軸上的近軸環(huán)行永磁體，所述匹配磁體為三個(gè)，分別為與所述近軸環(huán)行永磁體極性相同，磁力大小相同的固定在一環(huán)行導(dǎo)磁體上的遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體，設(shè)置在所述遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體的左右兩端且分別固定在所述導(dǎo)磁體上的與所述遠(yuǎn)軸環(huán)行永磁體極性相同的左側(cè)環(huán)行永磁體和右側(cè)環(huán)行永磁體；
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述磁體為兩個(gè)分別設(shè)置在盆心相對(duì)的兩圓盆形導(dǎo)磁體的盆心中央的兩個(gè)極性相同，磁力大小相等的圓柱磁體，而匹配磁體為所述兩個(gè)導(dǎo)磁體上相對(duì)的盆沿上分別固定的構(gòu)成兩個(gè)中空?qǐng)A柱狀多極磁體的弧形磁體，所述兩個(gè)中空?qǐng)A柱狀多極磁體的對(duì)應(yīng)磁極分別大小相等，方向相反，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軸承,它由至少兩組徑向穩(wěn)定磁環(huán)和所述的徑向穩(wěn)定磁環(huán)之間設(shè)置的至少一組軸向穩(wěn)定磁環(huán)組成,徑向穩(wěn)定磁環(huán)由一與軸承座固定相連的徑向靜磁環(huán)和一并列設(shè)置的與沿徑向延伸的軸套固定相連的徑向動(dòng)磁環(huán)組成,徑向靜磁環(huán)和徑向動(dòng)磁環(huán)均由沿徑向的兩極以上緊密相連的交叉磁極組成,軸向穩(wěn)定磁環(huán)的設(shè)置結(jié)構(gòu)與徑向穩(wěn)定磁環(huán)相同,設(shè)置方向是沿軸向設(shè)置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可實(shí)現(xiàn)大功率磁懸浮。
文檔編號(hào)F16C39/06GK1350128SQ0113663
公開(kāi)日2002年5月22日 申請(qǐng)日期2001年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月25日
發(fā)明者李國(guó)坤, 李曉蓬, 李曉波 申請(qǐng)人:李國(guó)坤, 李曉蓬, 李曉波