專利名稱：超導體、永磁體及渦輪復合軸承的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種懸浮軸承，特別是一種超導體、永磁體及渦輪復合
浮軸承。
背景技術：
磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)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、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。相比較，永磁式懸浮軸承結構簡單且成本低，但運轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性差， 應用受到很大的限制。電磁式利用電流產(chǎn)生的磁力使軸承的內(nèi)套與外套相對 懸浮，得配置一套復雜的電路控制系統(tǒng)才能使其內(nèi)套運轉(zhuǎn)達到滿意的精度和 穩(wěn)定性，還需要維護，使用成本高。電磁永磁組合式懸浮軸承也有同樣的缺 陷。永磁與高溫超導體復合式磁懸浮軸承，以永磁體作轉(zhuǎn)子，高溫超導體作 定子，利用高溫超導體對永磁磁力線的排斥和釘扎特性實現(xiàn)懸浮和穩(wěn)定，雖 然結構復雜，成本高，但是運轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性較高，不需要復雜的電路控制 系統(tǒng)。能較好地滿足飛輪儲能裝置、陀螺裝置、磁浮車等高運行速度及高精 度要求的裝置或設備的需要。然而，永磁與高溫超導體復合式磁懸浮軸承的 零部件制造和裝配誤差不可避免，永磁體的磁場分布不勻稱，高溫超導體對
永磁體產(chǎn)生磁拉力矩；這些均會影響運轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，因而軸承高速運轉(zhuǎn) 時穩(wěn)定性不可能足夠高，同時會造成損耗。而且現(xiàn)有的永磁與高溫超導體復 合式磁懸浮軸承的運轉(zhuǎn)剛度還不夠大。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型將渦輪、永磁體及高溫超導體創(chuàng)造性的優(yōu)化結合，形成一種 新穎懸浮軸承，旨在提高永磁體與高溫超導體復合式磁懸浮軸承的懸浮力和 運轉(zhuǎn)剛度，從而提高運轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，增強軸承載荷能力。為高精度設備
提供高精度和高穩(wěn)定性的軸承。
本實用新型通過下述技術方案實現(xiàn)。
本實用新型由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由圓筒形高溫超導體、制冷劑、制 冷劑容腔組件組成，容腔組件用非〃磁性保溫材料制作，高溫超導體置于制冷 劑中且被容腔組件固定。本實用新型按轉(zhuǎn)子與定子的裝配位置的不同方式， 分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式，內(nèi)轉(zhuǎn)子式是定子包圍著轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子式是轉(zhuǎn)子包 圍定子。內(nèi)轉(zhuǎn)子式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由分別用沿徑向充磁和沿軸向充磁的圓環(huán)形永 磁體、非磁性圓環(huán)、非磁性圓盤、圓環(huán)形導磁體、非磁性轉(zhuǎn)軸及渦輪組成。 外轉(zhuǎn)子式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由沿徑向充磁的圓環(huán)形永磁體、沿軸向充磁的圓盤形永 磁體、導磁圓筒、導磁圓盤及渦輪組成。本實用新型圓筒形高溫超導體的大 小及數(shù)量、沿經(jīng)向充磁的圓環(huán)形永磁體及沿軸向充磁的圓盤形(或圓環(huán)形) 永磁體的大小及數(shù)量，根據(jù)對軸承軸向和徑向承載力、軸承的尺寸大小要求 以確定。本實用新型的定子高溫超導體和轉(zhuǎn)子的永磁體在徑向和軸向均隔一 間隙相對，渦輪設置在轉(zhuǎn)子兩端。在真空環(huán)境中，應用本實用新型不用配置 渦輪，成為永磁體與高溫超導體復合懸浮軸承。
本實用新型中，定子高溫超導體極力排斥轉(zhuǎn)子永磁體發(fā)出的大部分磁力
線，在徑向和軸向間隙擠壓磁力線，從而使轉(zhuǎn)子與定子相對懸??；另一方面， 由于定子高溫超導體的晶體缺陷造成的微小空隙，部分永磁力線趁機穿過微 小空隙，結果被釘扎在其中，被釘扎的磁力線使轉(zhuǎn)子和定子獲得了一定的保 持相對穩(wěn)定力，即轉(zhuǎn)子和定子沿徑向、沿軸向相互移動受到牽制。這種牽制 使轉(zhuǎn)子和定子相對穩(wěn)定的同時，也提供了 一定的懸浮力。
設置在轉(zhuǎn)子兩端的渦輪隨著轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，將所處環(huán)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(tài)油等) 旋壓入轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，形成高壓氣墊或靜液層，有力地遏制軸承運 轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定因素，提高永磁體與高溫超導體復合式磁懸浮軸承的懸浮力和運 轉(zhuǎn)剛度，從而提高運轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，增強軸承動載荷能力。為高精度設備
提供高精度和高穩(wěn)定性的軸承。這就是本實用新型的顯著優(yōu)點和有益的效果。

圖1為實施例一的結構示意圖；圖2為圖1的A-A剖面圖；圖3為實施例二的結構示意圖；圖4為圖3的B-B剖面圖；圖5為實施例三的結構示意圖；圖6為圖5的C-C剖面圖。
具體實施方式
下面結合實施例進一步對本實用新型說明。實施例一如圖1圖2示，本實施例的軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由 圓筒形高溫超導體8和13、非磁性保溫圓盤6和14、非磁性保溫內(nèi)殼1和 15及非磁性保溫圓筒10組成一圓筒形高溫超導體8和13沿軸向?qū)忧夜潭?在非磁性保溫圓筒IO的內(nèi)圓，并用外圓上的徑向凸起(見圖2示)作周向定 位，非磁性保溫圓盤6和14固定在圓筒形高溫超導體8和13及非磁性保溫 圓筒10的兩端，非磁性保溫內(nèi)殼1和15分別固結在非磁性保溫圓盤6和14 的中孔內(nèi)壁，非磁性保溫內(nèi)殼15的最大外圓固結在非磁性保溫內(nèi)殼1的最大 內(nèi)圓右端；制冷劑20是為圓筒形高溫超導體8和13提供必須的低溫環(huán)境， 制冷劑20充滿定子內(nèi)部所有間隙，制冷劑20由外置設備循環(huán)制冷。轉(zhuǎn)子由 沿徑向充磁的圓環(huán)形永磁體7、 9、 16,非磁性圓環(huán)4、 5、 11、 12、 17，非磁 性轉(zhuǎn)軸2及渦輪3和18組成一在非磁性轉(zhuǎn)軸2的最大外圓上固套導磁圓筒 19,在導磁圓筒19的外圓沿軸向相間固套圓環(huán)形永磁體7、 9、 16和非磁性 圓環(huán)4、 5、 12、 17,并要求圓環(huán)形永石茲體7、 9、 16的極性沿徑向交替排列 在導磁圓筒19母線方向，在圓環(huán)形永磁體7、 9、 16的外圓固套非磁性圓環(huán) 11，在非磁性轉(zhuǎn)軸2兩端的最小外圓固套渦輪3和18，渦輪3的最大外圓不 與非磁性保溫內(nèi)殼1的最小內(nèi)圓接觸，渦輪18的最大外圓不與非磁性保溫內(nèi)
如圖l示，圓筒形高溫超導體8和13排斥圓環(huán)形永磁體7、 9、 16發(fā)出的大部分磁力線，這些磁力線只能沿箭頭所示的方向閉合，這樣造成定子與轉(zhuǎn)子相對懸浮，而少量磁力線，穿過圓筒形高溫超導體8和13的結晶缺陷形 成的微小空隙被釘扎于其中(如圖中不帶箭頭的閉合虛線所示)，從而產(chǎn)生部 分穩(wěn)定力和懸浮力。應該指出，沿軸向在圓環(huán)形永磁體7、 9、 16之間間隔非磁性圓環(huán)4和 12，是為了選取圓環(huán)形永磁體7、 9、 16在軸向的間隔距離與它們的軸向(厚 度)尺寸的最佳比例，以獲得最大懸浮力。渦輪3和18隨著非磁性轉(zhuǎn)軸2高速旋轉(zhuǎn)，將所處環(huán)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(tài)油等) 旋壓入轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，形成高壓氣墊或靜液層，有力地遏制軸承運 轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定因素，提高轉(zhuǎn)子與定子相對懸浮力和軸承的運轉(zhuǎn)剛度。實施例二如圖3圖4示，本實施例的軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子組 成同實施例 一 的。轉(zhuǎn)子由沿軸向充》茲的圓環(huán)形永磁體21和2 2 、非石茲性圓環(huán) 23、非磁性圓盤24和25、非磁性轉(zhuǎn)軸2及渦輪3和18組成一圓環(huán)形永磁體 21固套在非磁性轉(zhuǎn)軸2的最大外圓，非磁性圓環(huán)23固套在圓環(huán)形永磁體21 的外圓，圓環(huán)形永磁體22固套在非磁性圓環(huán)23的外圓，圓環(huán)形永磁體21 中的軸向磁力線方向與圓環(huán)形永磁體22的相反，非磁性圓盤24和25也固套 在非磁性轉(zhuǎn)軸2的最大外圓，且它們的端面與圓環(huán)形永磁體21和22、非磁 性圓環(huán)23的斷面相貼，渦輪3和18固套在非磁性轉(zhuǎn)軸2兩端的外圓。轉(zhuǎn)子 的外輪廓與定子的內(nèi)腔輪廓隔離 一 間隙相對應。本實施例轉(zhuǎn)子與定子相對穩(wěn) 定懸浮原理同實施例一的。優(yōu)化設計圓環(huán)形永磁體21、圓環(huán)形永磁體22及 非磁性圓環(huán)23的徑向厚度，能獲得最大懸浮力。實施例三如圖5至6示，實施例的軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由非 磁性轉(zhuǎn)軸26、支架40、圓筒形高溫超導體32和36、非磁性保溫內(nèi)殼31和 37組成一支架40、非磁性保溫內(nèi)殼31和37與非磁性轉(zhuǎn)軸26固結，非磁性
保溫內(nèi)殼37的最大外圓固結在非磁性保溫內(nèi)殼31的最大內(nèi)圓右端，圓筒形
高溫超導體32和36的中孔套在非磁性轉(zhuǎn)軸26的外圓，圓筒形高溫超導體 32和36的內(nèi)筒壁的槽卡在支架40最大外圓的凸起，從而被周向定位，件號 39是緊固螺母，它與非磁性轉(zhuǎn)軸26上的臺使支架40、圓筒形高溫超導體32 和36在軸向定位，支架40及圓筒形高溫超導體32和36上的孔是制冷劑41 的通道；制冷劑41由外置設備循環(huán)制冷，并通過非磁性轉(zhuǎn)軸26上的孔充滿 定子內(nèi)部所有間隙，為圓筒形高溫超導體32和36提供必須的低溫環(huán)境。轉(zhuǎn) 子由沿徑向充磁的圓筒形永磁體33、沿軸向充磁的錐環(huán)永磁體2 8和3 5 、導 磁圓筒30、導磁圓盤29和34、渦輪27和38組成一圓筒形永磁體33與錐環(huán) 永磁體28和35通過它們的錐面拼接成一個圓筒，要求這個圓筒外圓的極性 與兩端外端面的極性相異，在這個圓筒外固結導磁圓筒30、導磁圓盤29和 34,渦輪27和38的外圓分別固結于導磁圓盤29和34的中孔內(nèi)壁，渦輪27 和38的中孔分別同軸地套在非磁性轉(zhuǎn)軸26兩端外圓外。轉(zhuǎn)子的內(nèi)腔輪廓與 定子的外輪廓隔離一間隙相對應。本實施例轉(zhuǎn)子與定子相對穩(wěn)定懸浮原理同 實施例一的。
權利要求1.一種超導體、永磁體及渦輪復合軸承，其特征是該軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成；定子由圓筒形高溫超導體、制冷劑、制冷劑容腔組件組成，容腔組件用非磁性保溫材料制作，高溫超導體置于制冷劑中且被容腔組件固定；本實用新型按轉(zhuǎn)子與定子的裝配位置的不同方式，分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式和外轉(zhuǎn)子式，內(nèi)轉(zhuǎn)子式是定子包圍著轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子式是轉(zhuǎn)子包圍定子；內(nèi)轉(zhuǎn)子式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由分別用沿徑向充磁和沿軸向充磁的圓環(huán)形永磁體、非磁性圓環(huán)、非磁性圓盤、圓環(huán)形導磁體、非磁性轉(zhuǎn)軸及渦輪組成；外轉(zhuǎn)子式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由沿徑向充磁的圓環(huán)形永磁體、沿軸向充磁的圓盤形永磁體、導磁圓筒、導磁圓盤及渦輪組成；本實用新型圓筒形高溫超導體的大小及數(shù)量、沿經(jīng)向充磁的圓環(huán)形永磁體及沿軸向充磁的圓盤形或圓環(huán)形永磁體的大小及數(shù)量，根據(jù)對軸承軸向和徑向承載力、軸承的尺寸大小要求以確定；本實用新型的定子高溫超導體和轉(zhuǎn)子的永磁體在徑向和軸向均隔一間隙相對，渦輪設置在轉(zhuǎn)子兩端；在真空環(huán)境中，應用本實用新型不用配置渦輪，成為永磁體與高溫超導體復合懸浮軸承。
2. 根據(jù)權利要求1所述超導體、永磁體及渦輪復合軸承，其特征是該 軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成；定子由圓筒形高溫超導體(8)和(13)、非磁性保 溫圓盤(6 )和(14 )、非磁性保溫內(nèi)殼(1 )和(15 )及非磁性保溫圓筒(10 ) 組成一圓筒形高溫超導體(8)和(13)沿軸向?qū)忧夜潭ㄔ诜谴判员貓A筒(IO)的內(nèi)圓，并用外圓上的徑向凸起作周向定位，非磁性保溫圓盤(6)和 (14)固定在圓筒形高溫超導體(8)和(13)及非磁性保溫圓筒(10)的兩 端，非磁性保溫內(nèi)殼(1 )和(15 )分別固結在非磁性保溫圓盤(6 )和(14 ) 的中孔內(nèi)壁，非磁性保溫內(nèi)殼(15)的最大外圓固結在非磁性保溫內(nèi)殼(1) 的最大內(nèi)圓右端；制冷劑(20)是為圓筒形高溫超導體(8)和(13)提供 必須的低溫環(huán)境，制冷劑(20)充滿定子內(nèi)部所有間隙，制冷劑(20)由外 置設備循環(huán)制冷；轉(zhuǎn)子由沿徑向充磁的圓環(huán)形永磁體(7)、 (9)、 (16)，非磁 性圓環(huán)(4 )、 ( 5 )、 (11 )、 ( 12 )、 (17 ),非磁性轉(zhuǎn)軸(2 )及渦輪(3 )和(18 ) 組成一在非磁性轉(zhuǎn)軸(2 )的最大外圓上固套導磁圓筒(19 ),在導磁圓筒(19 ) 的外圓沿軸向相間固套圓環(huán)形永磁體(7)、 (9)、 (16)和非磁性圓環(huán)(4)、 (5)、 (12)、 (17),并要求圓環(huán)形永磁體(7)、 (9)、 (16)的極性沿徑向交替排列 在導磁圓筒(19)母線方向，在圓環(huán)形永磁體(7)、 (9)、 (16)的外圓固套 非磁性圓環(huán)(11 )，在非磁性轉(zhuǎn)軸(2 )兩端的最小外圓固套渦輪(3 )和(18 )， 渦輪(3)的最大外圓不與非磁性保溫內(nèi)殼(1)的最小內(nèi)圓接觸，渦輪(18) 的最大外圓不與非磁性保溫內(nèi)殼(15)的最小內(nèi)圓接觸；轉(zhuǎn)子的外輪廓與定 子的內(nèi)腔輪廓隔離 一 間隙相對應。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述超導體、永>磁體及渦輪復合軸承，其特征是-該軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成；定子組成同權利要求2所述的定子；轉(zhuǎn)子由沿軸 向充磁的圓環(huán)形永磁體(21)和(22)、非磁性圓環(huán)(23)、非磁性圓盤(24) 和(25 )、非磁性轉(zhuǎn)軸(2 )及渦輪(3 )和(18 )組成一圓環(huán)形永磁體(21) 固套在非磁性轉(zhuǎn)軸(2)的最大外圓，非磁性圓環(huán)(23)固套在圓環(huán)形永磁體(21)的外圓，圓環(huán)形永磁體(22)固套在非磁性圓環(huán)(23)的外圓，圓環(huán) 形永磁體(21)中的軸向磁力線方向與圓環(huán)形永磁體(22)的相反，非磁性 圓盤(24)和(25)也固套在非磁性轉(zhuǎn)軸(2)的最大外圓，且它們的端面與 圓環(huán)形永磁體(21)和(22)、非磁性圓環(huán)(23)的斷面相貼，渦輪(3)和(18)固套在非磁性轉(zhuǎn)軸(2)兩端的外圓；轉(zhuǎn)子的外輪廓與定子的內(nèi)腔輪廓 隔離一間隙相對應。
4. 根據(jù)權利要求1所述超導體、永^茲體及渦輪復合軸承，其特征是該 軸承由定子和轉(zhuǎn)子組成；定子由非磁性轉(zhuǎn)軸(26)、支架(40)、圓筒形高溫 超導體(32 )和(36 )、非磁性保溫內(nèi)殼(31 )和(37 )組成一支架(40 )、 非磁性保溫內(nèi)殼(31)和(37)與非磁性轉(zhuǎn)軸(26)固結，非磁性保溫內(nèi)殼(37)的最大外圓固結在非磁性保溫內(nèi)殼(31)的最大內(nèi)圓右端，圓筒形高 溫超導體(32)和(36)的中孔套在非磁性轉(zhuǎn)軸(26)的外圓，圓筒形高溫 超導體(32)和(36)的內(nèi)筒壁的槽卡在支架(40)最大外圓的凸起，從而被周向定位，件號(39)是緊固螺母，它與非磁性轉(zhuǎn)軸(26)上的臺使支架(40)、圓筒形高溫超導體(32)和(36)在軸向定位，支架(40)及圓筒形 高溫超導體(32)和(36)上的孔是制冷劑(")的通道；制冷劑(41)由 外置設備循環(huán)制冷，并通過非磁性轉(zhuǎn)軸(26)上的孔充滿定子內(nèi)部所有間隙, 為圓筒形高溫超導體(32)和(36)提供必須的低溫環(huán)境；轉(zhuǎn)子由沿徑向充 磁的圓筒形永》茲體(33)、沿軸向充磁的錐環(huán)永磁體(28)和(35)、導磁圓 筒(30)、導石茲圓盤(29)和(34)、渦輪(27)和(38)組成一圓筒形永磁 體(33 )與錐環(huán)永-茲體(28 )和(35 )通過它們的錐面"l并^接成一個圓筒，要 求這個圓筒外圓的極性與兩端外端面的極性相異，在這個圓筒外固結導磁圓 筒(30)、導磁圓盤(29)和(34)，渦輪(27)和(38)的外圓分別固結于 導磁圓盤(29)和(34)的中孔內(nèi)壁，渦輪(27)和(38)的中孔分別同軸 地套在非磁性轉(zhuǎn)軸(26)兩端外圓外。
專利摘要一種超導體、永磁體及渦輪復合軸承，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由圓筒形高溫超導體、制冷劑容腔組件組成，高溫超導體置于制冷劑中且被容腔組件固定。轉(zhuǎn)子由分別用沿徑向充磁和沿軸向充磁的圓環(huán)(筒)形永磁體、非磁性圓環(huán)、非磁性圓盤、圓環(huán)形導磁體、非磁性轉(zhuǎn)軸及渦輪組成。定子高溫超導體極力排斥轉(zhuǎn)子永磁體發(fā)出的大部分磁力線，同時釘扎少部分磁力線，使轉(zhuǎn)子懸浮。設置在轉(zhuǎn)子兩端的渦輪隨著轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，將所處環(huán)境的流體旋壓入轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙，形成高壓氣墊或靜液層，有力地遏制軸承運轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定因素，提高軸承的懸浮力和運轉(zhuǎn)剛度，從而提高運轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性，增強軸承動載荷能力。滿足高精度設備的需要。
文檔編號F16C32/04GK201013751SQ20072014149
公開日2008年1月30日 申請日期2007年4月9日 優(yōu)先權日2007年4月9日
發(fā)明者劉新廣 申請人:劉新廣