專利名稱：磁懸浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承，具體地說是一種低能耗可調(diào)節(jié)偏置的磁懸浮軸承。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承是一種利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，不需要任何介質(zhì)而實現(xiàn)承載的 非接觸支承裝置，與傳統(tǒng)的滾動和滑動軸承相比，磁力軸承明顯特點在于沒有機械接觸，不 需要傳力介質(zhì)，而支承可控，因而具有傳統(tǒng)軸承無法比擬的優(yōu)越性能。磁力軸承可以分為主動磁力軸承(也稱電磁軸承)、被動磁力軸承和混合磁力軸 承三種，到目前為止人們主要的研究對象是主動磁力軸承，這是由主動磁力軸承本身的高 可控性和體積相對較小的優(yōu)點決定的。然而，與傳統(tǒng)的機械軸承和液壓軸承相比，電磁磁力 軸承結(jié)構(gòu)復雜而且成本昂貴，還需要外部力源和主動控制系統(tǒng)。而被動磁力軸承可以避免 主動磁力軸承所帶來的問題，被動磁力軸承不需要外部力源，且性能可靠、壽命長。今年來， 隨著永磁材料性能的飛快提高，性能價格比越來越好，這都為被動磁力軸承的應(yīng)用提供了 非常優(yōu)良的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是被動磁懸浮也有其難以解決的技術(shù)難題，1842年英國物理學家恩肖指出一 個相互作用力服從距離平方反比規(guī)律的體系不可能實現(xiàn)三維空間的穩(wěn)定平衡。這一結(jié)論被 十九世紀的偉大物理學家麥克斯韋(Maxwell)做過引述和論證，隨后布朗，白勞恩比斯克 等進行了推論，歷經(jīng)三個世紀，發(fā)展成為恩肖定理全用磁懸浮不可能。因此想要得到穩(wěn)定 的平衡體系，至少要在一個方向上引入外力(如電磁力、機械力)進行補償。除此之外，永 磁軸承另外一個缺點是磁力難以調(diào)節(jié)，一旦磁鐵選定，氣隙值確定之后，由于永磁鐵剩磁無 法改變，調(diào)節(jié)磁鐵之間的磁力大小變得非常困難，這也很大程度上抑制了永磁軸承的推廣 和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種永磁偏置磁懸浮軸承，利 用永磁鐵之間的斥力作用及永磁鐵和軟磁材料之間的磁阻效應(yīng)，以解決全永磁懸浮系統(tǒng)不 穩(wěn)定；本發(fā)明進一步的目的在于提供一種磁懸浮軸承，其能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮軸 承的磁力不可調(diào)節(jié)的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種磁懸浮軸承，包括一軸承室，一端蓋與所述軸承室側(cè)面的端口可拆地固聯(lián)；所 述軸承室內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸、一內(nèi)磁環(huán)和一外磁環(huán)，該轉(zhuǎn)子軸的兩端分別伸出所述 軸承室和所述端蓋，該轉(zhuǎn)子軸上固設(shè)一軸套，所述軸套外環(huán)設(shè)固定所述內(nèi)磁環(huán)(相當于普 通機械軸承的轉(zhuǎn)子)；所述外磁環(huán)安裝于固定在所述軸承室中的一定子支架上，且環(huán)設(shè)于 所述內(nèi)磁環(huán)(相當于普通機械軸承的定子)外面，所述內(nèi)磁環(huán)懸浮于該外磁環(huán)之中并與外 磁環(huán)同心放置，所述內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)相鄰表面上的磁性相同；外磁環(huán)下方產(chǎn)生的總磁場強度大于上方產(chǎn)生的總磁場強度。內(nèi)磁環(huán)產(chǎn)生的磁密在圓周上均勻分布，從而使內(nèi)外磁環(huán)之間的氣隙磁場總是下方強于上方，以形成磁場力的向上偏置，將轉(zhuǎn)子軸懸浮起來。其中，所述軸承室、定子支架、軸套及端蓋均為鐵磁材料制成并與所述內(nèi)磁環(huán)形成 磁通閉合回路。這樣各部件磁通量達到穩(wěn)定，當內(nèi)磁環(huán)受到一個軸向外擾力時，使內(nèi)磁環(huán)發(fā) 生軸向竄動時，迫使氣隙磁路變長，磁阻增大，而根據(jù)“磁阻最小原理”磁通量總是沿著磁阻 最小的路徑閉合，因為此時磁場扭曲產(chǎn)生的切向力會將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置，從而實現(xiàn)軸向 上的自由度平衡。另外，軸承室和端蓋由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏蔽。當磁懸浮用于電機上時 或?qū)Ψ来判愿蓴_要求比較高的環(huán)境中時，必須考慮本磁懸浮軸承系統(tǒng)對外部環(huán)境的有效隔 離。本發(fā)明利用此點將永磁軸承產(chǎn)生的磁場完全屏蔽在軸承室中，與電機磁場相隔離。在所述轉(zhuǎn)子軸中心線上方的所述軸承室中，位于所述外磁環(huán)所在的圓環(huán)內(nèi)或圓環(huán) 外設(shè)有至少一個懸浮力調(diào)節(jié)裝置，每個懸浮力調(diào)節(jié)裝置包括一軟鐵，其能在平行于所述轉(zhuǎn) 子軸中心線的方向移動地設(shè)置在軸承室中。所述軟鐵連接一傳動裝置，使得該軟鐵作直線移動。所述傳動裝置為一轉(zhuǎn)動變直線運動的機械傳動機構(gòu)；或者為一液壓傳動機構(gòu)；或 者包括一電驅(qū)動裝置，其通過一轉(zhuǎn)動變直線運動機構(gòu)與所述軟鐵連接。所述轉(zhuǎn)動變直線運動的機械傳動機構(gòu)包括一調(diào)節(jié)螺桿，其可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在所述軸 承室中，所述軟鐵螺接在該調(diào)解螺桿上，通過轉(zhuǎn)動所述調(diào)節(jié)螺桿使得所述軟鐵移動。所述調(diào)節(jié)螺桿一端穿出端蓋，伸出端設(shè)有旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)螺桿的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
中描述了，永磁軸承的一大缺點是懸浮力難以調(diào)節(jié)，因而阻礙了其實際 生產(chǎn)中的應(yīng)用。本發(fā)明利用永磁體和導磁材料之間的磁吸力大小隨著氣隙面積大小同向變 化這一特點，很好的解決了這個問題。本發(fā)明調(diào)節(jié)懸浮力的原理為利用磁鐵與軟鐵之間的 吸力，通過調(diào)節(jié)軟鐵相對于轉(zhuǎn)子磁環(huán)氣隙面積，達到調(diào)節(jié)懸浮力的目的。當軟鐵相對于轉(zhuǎn)子 氣隙面積增大時，磁力將增大，懸浮力增大。軟鐵數(shù)目不同，調(diào)節(jié)范圍不同。推薦的調(diào)節(jié)裝 置數(shù)目為6個。該所述內(nèi)磁環(huán)由徑向充磁的環(huán)形磁鐵或形狀尺寸相同的瓦片型永磁鐵拼合而成。所述內(nèi)磁環(huán)兩側(cè)的軸套分別與所述軸承室和端蓋之間形成徑向間隙，該間隙小于 所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)之間的徑向間隙。所述內(nèi)磁環(huán)兩側(cè)設(shè)有耐磨套，分別為第一耐磨套和第二耐磨套，該第一耐磨套與 所述端蓋配合形成所述徑向間隙，該第二耐磨套與所述軸承室配合形成所述徑向間隙，兩 所述耐磨套均套設(shè)固于所述軸套外部。所述耐磨套為金屬材料或非金屬材料制成。所述金屬材料為鑄鐵、鉛基、錫基、銅基或鋁基合金；或者，所述非金屬材料為塑 料、碳石墨、陶瓷、木材或橡膠。由于永磁力的不可控性，外力的沖擊以及永磁體的退磁效應(yīng)等不確定因素的存 在。無論多么精密的永磁懸浮系統(tǒng)，其在應(yīng)對意外時的應(yīng)急保護裝置都是必不可少的。本 發(fā)明耐磨套一般選擇時需要考慮摩擦相容性、嵌入型磨合性、摩擦順應(yīng)性、耐磨性、耐疲勞 性、耐蝕性、耐氣蝕性、抗壓強度等。推薦使用青銅材質(zhì)，因為該材質(zhì)硬度大、耐磨、摩擦力 小。當軸承遭遇意外沖擊引得內(nèi)磁環(huán)向某個方向竄動時，由于耐磨套與軸承室和端蓋之間的間隙小于內(nèi)外磁環(huán)之間的間隙，兩耐磨套會第一時間與軸承室和端蓋碰撞，由于耐磨套 具有良好的耐磨性和低摩擦系數(shù)，轉(zhuǎn)軸不會鎖死，而是在低摩擦力的情況下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到 沖擊力解除。內(nèi)磁環(huán)在偏置磁場力的作用下又會回到中心位置，兩耐磨套與軸承室或端蓋 不再接觸摩擦。所述定子支架為齒槽結(jié)構(gòu)，即在該定子支架的內(nèi)側(cè)圓周壁上均布徑向齒，相鄰的 徑向齒間構(gòu)成齒槽；所述定子支架位于所述轉(zhuǎn)子軸中心線上方的所述徑向齒長于所述轉(zhuǎn)子軸中心線 下方的徑向齒。此結(jié)構(gòu)用以增大磁懸浮力。該結(jié)構(gòu)不唯一，只要保證足夠大的磁懸浮力即
可。 本發(fā)明的優(yōu)點與效益本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使永磁懸浮軸承平衡穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。軸承室、定子支架、軸套 及端蓋均為鐵磁材料制成并與內(nèi)磁環(huán)形成磁通閉合回路，使內(nèi)磁環(huán)發(fā)生軸向竄動時，根據(jù) “磁阻最小原理”將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置，從而實現(xiàn)軸向上的自由度平衡。且通過調(diào)節(jié)裝置對 磁力的調(diào)節(jié)可以保證在退磁時及時的調(diào)整軸承的平衡位置。通過間隙的設(shè)計使得磁懸浮軸 承在外力作用時，保證內(nèi)外磁環(huán)的安全性。軸承室和端蓋由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏 蔽。當磁懸浮用于電機上時或?qū)Ψ来判懈蓴_要求比較高的環(huán)境中時，有效的將本磁懸浮軸 承系統(tǒng)對外部環(huán)境隔離。


下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的實施方式圖1為本發(fā)明實施例1軸側(cè)圖；圖2為本發(fā)明圖1中A-A部剖視圖；圖3為本發(fā)明實施例2軸測圖；圖4為本發(fā)明圖2中A-A部剖視圖；圖5為本發(fā)明實施例3軸測圖；圖6為本發(fā)明圖5中A-A部剖視圖；圖7為本發(fā)明實施例4軸測圖；圖8為本發(fā)明圖7中A-A部剖視圖；圖9為本發(fā)明定子支架側(cè)視圖；圖10為本發(fā)明定子支架主視圖；圖11為本發(fā)明軟鐵磁鐵分布圖(字母代表軟鐵，數(shù)字代表磁鐵)；圖12為本發(fā)明磁力線示意圖。
具體實施例方式實施例1 如圖1、圖2所示，一種磁懸浮軸承，包括一軸承室1，一端蓋2與所述軸承室1側(cè) 面的端口可拆地固聯(lián)；所述軸承室1內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸3、一內(nèi)磁環(huán)4和一外磁環(huán)5， 該轉(zhuǎn)子軸3的兩端分別伸出所述軸承室1和所述端蓋2，該轉(zhuǎn)子軸3上固設(shè)一軸套6，所述 軸套6外環(huán)設(shè)固定所述內(nèi)磁環(huán)4 ；所述外磁環(huán)5安裝于固定在所述軸承室中的一定子支架7上，且環(huán)設(shè)于所述內(nèi)磁環(huán)4外面，所述內(nèi)磁環(huán)4懸浮于該外磁環(huán)5之中并與外磁環(huán)5同心放置，所述內(nèi)磁環(huán)4與外磁環(huán)5相鄰表面上的磁性相同；外磁環(huán)5下方產(chǎn)生的總磁場強度大 于上方產(chǎn)生的總磁場強度。內(nèi)磁環(huán)4產(chǎn)生的磁密在圓周上均勻分布，從而使內(nèi)外磁環(huán)5之 間的氣隙磁場總是下方強于上方，以形成磁場力的向上偏置，將轉(zhuǎn)子軸3懸浮起來。其中，所述軸承室1、定子支架7、軸套6及端蓋2均為鐵磁材料制成并與所述內(nèi)磁 環(huán)4形成磁通閉合回路。這樣各部件磁通量達到穩(wěn)定，當內(nèi)磁環(huán)4收到一個軸向外擾力時， 使內(nèi)磁環(huán)4發(fā)生軸向竄動時，迫使氣隙磁路變長，磁阻增大，而根據(jù)“磁阻最小原理”磁通量 總是沿著磁阻最小的路徑閉合，因為此時磁場扭曲產(chǎn)生的切向力會將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置， 從而實現(xiàn)軸向上的自由度平衡。另外，軸承室1、端蓋2以及軸套6由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏蔽。當磁懸浮 用于電機上時或?qū)Ψ来判懈蓴_要求比較高的環(huán)境中時，必須考慮本磁懸浮軸承系統(tǒng)對外部 環(huán)境的有效隔離。本發(fā)明利用此點將永磁軸承產(chǎn)生的磁場完全屏蔽在軸承室中，與電機磁 場相隔離。該所述內(nèi)磁環(huán)4由徑向充磁的環(huán)形磁鐵或形狀尺寸相同的瓦片型永磁鐵拼合而 成。所述內(nèi)磁環(huán)4兩側(cè)的軸套6分別與所述軸承室1和端蓋2之間形成徑向間隙，該 間隙小于所述內(nèi)磁環(huán)4和外磁環(huán)5之間的徑向間隙。如圖9、10所示，所述定子支架7為齒槽結(jié)構(gòu)，即在該定子支架7的內(nèi)側(cè)圓周壁上 均布徑向齒71，相鄰的徑向齒71間構(gòu)成齒槽；外磁環(huán)5用楔形塊72卡住徑向齒71。所述定子支架7位于所述轉(zhuǎn)子軸3中心線上方的所述徑向齒71長于所述轉(zhuǎn)子軸 3中心線下方的徑向齒71。此結(jié)構(gòu)用以增大磁懸浮力。該結(jié)構(gòu)不唯一，只要保證足夠大的 磁懸浮力即可。實施例2如圖3、圖4所示，一種磁懸浮軸承，包括一軸承室1，一端蓋2與所述軸承室1側(cè) 面的端口可拆地固聯(lián)；所述軸承室1內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸3、一內(nèi)磁環(huán)4和一外磁環(huán)5， 該轉(zhuǎn)子軸3的兩端分別伸出所述軸承室1和所述端蓋2，該轉(zhuǎn)子軸3上固設(shè)一軸套6，所述 軸套6外環(huán)設(shè)固定所述內(nèi)磁環(huán)4 ；所述外磁環(huán)5安裝于固定在所述軸承室中的一定子支架 7上，且環(huán)設(shè)于所述內(nèi)磁環(huán)4外面，所述內(nèi)磁環(huán)4懸浮于該外磁環(huán)5之中并與外磁環(huán)5同心 放置，所述內(nèi)磁環(huán)4與外磁環(huán)5相鄰表面上的磁性相同；外磁環(huán)5下方產(chǎn)生的總磁場強度大 于上方產(chǎn)生的總磁場強度。內(nèi)磁環(huán)4產(chǎn)生的磁密在圓周上均勻分布，從而使內(nèi)外磁環(huán)5之 間的氣隙磁場總是下方強于上方，以形成磁場力的向上偏置，將轉(zhuǎn)子軸3懸浮起來。如圖12所示，其中，所述軸承室1、定子支架7、軸套6及端蓋2均為鐵磁材料制成 并與所述內(nèi)磁環(huán)4形成磁通閉合回路。這樣各部件磁通量達到穩(wěn)定，當內(nèi)磁環(huán)4收到一個 軸向外擾力時，使內(nèi)磁環(huán)4發(fā)生軸向竄動時，迫使氣隙磁路變長，磁阻增大，而根據(jù)“磁阻最 小原理”磁通量總是沿著磁阻最小的路徑閉合，因為此時磁場扭曲產(chǎn)生的切向力會將轉(zhuǎn)子 拉回平衡位置，從而實現(xiàn)軸向上的自由度平衡。另外，軸承室1和端蓋2由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏蔽。當磁懸浮用于電機 上時或?qū)Ψ来判懈蓴_要求比較高的環(huán)境中時，必須考慮本磁懸浮軸承系統(tǒng)對外部環(huán)境的有 效隔離。本發(fā)明利用此點將永磁軸承產(chǎn)生的磁場完全屏蔽在軸承室中，與電機磁場相隔離。
該所述內(nèi)磁環(huán)4由徑向充磁的環(huán)形磁鐵或形狀尺寸相同的瓦片型永磁鐵拼合而 成。所述內(nèi)磁環(huán)4兩側(cè)的軸套6分別與所述軸承室1和端蓋2之間形成徑向間隙，該 間隙小于所述內(nèi)磁環(huán)4和外磁環(huán)5之間的徑向間隙。所述定子支架7為齒槽結(jié)構(gòu)，即在該定子支架7的內(nèi)側(cè)圓周壁上均布徑向齒71，相 鄰的徑向齒71間構(gòu)成齒槽；所述定子支架7位于所述轉(zhuǎn)子軸3中心線上方的所述徑向齒71長于所述轉(zhuǎn)子軸 3中心線下方的徑向齒71。此結(jié)構(gòu)用以增大磁懸浮力。該結(jié)構(gòu)不唯一，只要保證足夠大的 磁懸浮力即可。如圖11所示，在所述轉(zhuǎn)子軸3中心線上方的所述軸承室中，位于所述外磁環(huán)5所 在的圓環(huán)內(nèi)或圓環(huán)外設(shè)有六個懸浮力調(diào)節(jié)裝置8，每個懸浮力調(diào)節(jié)裝置8包括一軟鐵81，其 能在平行于所述轉(zhuǎn)子軸3中心線的方向移動地設(shè)置在軸承室中。所述軟鐵81連接一調(diào)節(jié)螺桿82，其可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在所述軸承室1中，所述軟鐵81 螺 接在該調(diào)解螺桿82上，通過轉(zhuǎn)動所述調(diào)節(jié)螺桿82使得所述軟鐵81移動。所述調(diào)節(jié)螺桿82 —端穿出端蓋1，伸出端設(shè)有旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)螺桿82的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
中描述了，永磁軸承的一大缺點是懸浮力難以調(diào)節(jié)，因而阻礙了其實際 生產(chǎn)中的應(yīng)用。本發(fā)明利用永磁體和導磁材料之間的磁吸力大小隨著氣隙面積大小同向變 化這一特點，很好的解決了這個問題。本發(fā)明調(diào)節(jié)懸浮力的原理為利用磁鐵與環(huán)形軟鐵之 間的吸力，通過調(diào)節(jié)軟鐵相對于轉(zhuǎn)子磁環(huán)氣隙面積，達到調(diào)節(jié)懸浮力的目的。當軟鐵相對于 轉(zhuǎn)子氣隙面積增大時，磁力將增大，懸浮力增大。軟鐵數(shù)目不同，調(diào)節(jié)范圍不同。推薦的調(diào) 節(jié)裝置數(shù)目為6個。實施例3 如圖5、圖6所示，一種磁懸浮軸承，包括一軸承室1，一端蓋2與所述軸承室1側(cè) 面的端口可拆地固聯(lián)；所述軸承室1內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸3、一內(nèi)磁環(huán)4和一外磁環(huán)5， 該轉(zhuǎn)子軸3的兩端分別伸出所述軸承室1和所述端蓋2，該轉(zhuǎn)子軸3上固設(shè)一軸套6，所述 軸套6外環(huán)設(shè)固定所述內(nèi)磁環(huán)4 ；所述外磁環(huán)5安裝于固定在所述軸承室中的一定子支架 7上，且環(huán)設(shè)于所述內(nèi)磁環(huán)4外面，所述內(nèi)磁環(huán)4懸浮于該外磁環(huán)5之中并與外磁環(huán)5同心 放置，所述內(nèi)磁環(huán)4與外磁環(huán)5相鄰表面上的磁性相同；外磁環(huán)5下方產(chǎn)生的總磁場強度大 于上方產(chǎn)生的總磁場強度。內(nèi)磁環(huán)4產(chǎn)生的磁密在圓周上均勻分布，從而使內(nèi)外磁環(huán)5之 間的氣隙磁場總是下方強于上方，以形成磁場力的向上偏置，將轉(zhuǎn)子軸3懸浮起來。其中，所述軸承室1、定子支架7、軸套6及端蓋2均為鐵磁材料制成并與所述內(nèi)磁 環(huán)4形成磁通閉合回路。這樣各部件磁通量達到穩(wěn)定，當內(nèi)磁環(huán)4收到一個軸向外擾力時， 使內(nèi)磁環(huán)4發(fā)生軸向竄動時，迫使氣隙磁路變長，磁阻增大，而根據(jù)“磁阻最小原理”磁通量 總是沿著磁阻最小的路徑閉合，因為此時磁場扭曲產(chǎn)生的切向力會將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置， 從而實現(xiàn)軸向上的自由度平衡。另外，軸承室1和端蓋2由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏蔽。當磁懸浮用于電機 上時或?qū)Ψ来判懈蓴_要求比較高的環(huán)境中時，必須考慮本磁懸浮軸承系統(tǒng)對外部環(huán)境的有 效隔離。本發(fā)明利用此點將永磁軸承產(chǎn)生的磁場完全屏蔽在軸承室中，與電機磁場相隔離。該所述內(nèi)磁環(huán)4由徑向充磁的環(huán)形磁鐵或形狀尺寸相同的瓦片型永磁鐵拼合而成。所述內(nèi)磁環(huán)4兩側(cè)設(shè)有耐磨套，分別為第一耐磨套91和第二耐磨套92，該第一耐磨套91與所述端蓋2配合形成所述徑向間隙A，該第二耐磨套92與所述軸承室1配合形成 所述徑向間隙B，兩所述耐磨套均套設(shè)固于所述軸套6外部。間隙A和間隙B小于內(nèi)外磁環(huán) 之間的間隙C。所述耐磨套為金屬材料或非金屬材料制成。本實施例中為青銅瓦。由于永磁力的不可控性，外力的沖擊以及永磁體的退磁效應(yīng)等不確定因素的存 在。無論多么精密的永磁懸浮系統(tǒng)，其在應(yīng)對意外時的應(yīng)急保護裝置都是必不可少的。本 發(fā)明耐磨套一般選擇時需要考慮摩擦相容性、嵌入型磨合性、摩擦順應(yīng)性、耐磨性、耐疲勞 性、耐蝕性、耐氣蝕性、抗壓強度等。推薦使用青銅材質(zhì)，因為該材質(zhì)硬度大、耐磨、摩擦力 小。當軸承遭遇意外沖擊引得內(nèi)磁環(huán)向某個方向竄動時，由于耐磨套與軸承室和端蓋之間 的間隙小于內(nèi)外磁環(huán)之間的間隙，兩耐磨套會第一時間與軸承室和端蓋碰撞，由于耐磨套 具有良好的耐磨性和低摩擦系數(shù)，轉(zhuǎn)軸不會鎖死，而是在低摩擦力的情況下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到 沖擊力解除。內(nèi)磁環(huán)在偏置磁場力的作用下又會回到中心位置，兩耐磨套與軸承室或端蓋 不再接觸摩擦。實施例4如圖7、圖8所示，一種磁懸浮軸承，包括一軸承室1，一端蓋2與所述軸承室1側(cè) 面的端口可拆地固聯(lián)；所述軸承室1內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸3、一內(nèi)磁環(huán)4和一外磁環(huán)5， 該轉(zhuǎn)子軸3的兩端分別伸出所述軸承室1和所述端蓋2，該轉(zhuǎn)子軸3上固設(shè)一軸套6，所述 軸套6外環(huán)設(shè)固定所述內(nèi)磁環(huán)4 ；所述外磁環(huán)5安裝于固定在所述軸承室中的一定子支架 7上，且環(huán)設(shè)于所述內(nèi)磁環(huán)4外面，所述內(nèi)磁環(huán)4懸浮于該外磁環(huán)5之中并與外磁環(huán)5同心 放置，所述內(nèi)磁環(huán)4與外磁環(huán)5相鄰表面上的磁性相同；外磁環(huán)5下方產(chǎn)生的總磁場強度大 于上方產(chǎn)生的總磁場強度。內(nèi)磁環(huán)4產(chǎn)生的磁密在圓周上均勻分布，從而使內(nèi)外磁環(huán)5之 間的氣隙磁場總是下方強于上方，以形成磁場力的向上偏置，將轉(zhuǎn)子軸3懸浮起來。其中，所述軸承室1、定子支架7、軸套6及端蓋2均為鐵磁材料制成并與所述內(nèi)磁 環(huán)4形成磁通閉合回路。這樣各部件磁通量達到穩(wěn)定，當內(nèi)磁環(huán)4收到一個軸向外擾力時， 使內(nèi)磁環(huán)4發(fā)生軸向竄動時，迫使氣隙磁路變長，磁阻增大，而根據(jù)“磁阻最小原理”磁通量 總是沿著磁阻最小的路徑閉合，因為此時磁場扭曲產(chǎn)生的切向力會將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置， 從而實現(xiàn)軸向上的自由度平衡。另外，軸承室1和端蓋2由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏蔽。當磁懸浮用于電機 上時或?qū)Ψ来判懈蓴_要求比較高的環(huán)境中時，必須考慮本磁懸浮軸承系統(tǒng)對外部環(huán)境的有 效隔離。本發(fā)明利用此點將永磁軸承產(chǎn)生的磁場完全屏蔽在軸承室中，與電機磁場相隔離。該所述內(nèi)磁環(huán)4由徑向充磁的環(huán)形磁鐵或形狀尺寸相同的瓦片型永磁鐵拼合而 成。所述定子支架7為齒槽結(jié)構(gòu)，即在該定子支架7的內(nèi)側(cè)圓周壁上均布徑向齒71，相 鄰的徑向齒71間構(gòu)成齒槽；所述定子支架7位于所述轉(zhuǎn)子軸3中心線上方的所述徑向齒71長于所述轉(zhuǎn)子軸 3中心線下方的徑向齒71。此結(jié)構(gòu)用以增大磁懸浮力。該結(jié)構(gòu)不唯一，只要保證足夠大的 磁懸浮力即可。
在所述轉(zhuǎn)子軸3中心線上方的所述軸承室中，位于所述外磁環(huán)5所在的圓環(huán)內(nèi)或 圓環(huán)外設(shè)有六個懸浮力調(diào)節(jié)裝置8，每個懸浮力調(diào)節(jié)裝置8包括一軟鐵81，其能在平行于所 述轉(zhuǎn)子軸3中心線的方向移動地設(shè)置在軸承室中。所述軟鐵81連接一調(diào)節(jié)螺桿82，其可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在所述軸承室1中，所述軟鐵81 螺接在該調(diào)解螺桿82上，通過轉(zhuǎn)動所述調(diào)節(jié)螺桿82使得所述軟鐵81移動。所述調(diào)節(jié)螺桿82 —端穿出端蓋1，伸出端設(shè)有旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)螺桿82的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
中描述了，永磁軸承的一大缺點是懸浮力難以調(diào)節(jié)，因而阻礙了其實際 生產(chǎn)中的應(yīng)用。本發(fā)明利用永磁體和導磁材料之間的磁吸力大小隨著氣隙面積大小同向變 化這一特點，很好的解決了這個問題。本發(fā)明調(diào)節(jié)懸浮力的原理為利用磁鐵與環(huán)形軟鐵之 間的吸力，通過調(diào)節(jié)軟鐵相對于轉(zhuǎn)子磁環(huán)氣隙面積，達到調(diào)節(jié)懸浮力的目的。當軟鐵相對于 轉(zhuǎn)子氣隙面積增大時，磁力將增大，懸浮力增大。軟鐵數(shù)目不同，調(diào)節(jié)范圍不同。推薦的調(diào) 節(jié)裝置數(shù)目為6個。所述內(nèi)磁環(huán)4兩側(cè)設(shè)有耐磨套9，分別為第一耐磨套91和第二耐磨套92，該第一 耐 磨套91與所述端蓋2配合形成所述徑向間隙，該第二耐磨套92與所述軸承室1配合形 成所述徑向間隙，兩所述耐磨套均套設(shè)固于所述軸套6外部。所述耐磨套為金屬材料或非金屬材料制成。本實施例中為青銅瓦。
權(quán)利要求
一種磁懸浮軸承，包括一軸承室，一端蓋與所述軸承室側(cè)面的端口可拆地固聯(lián)；所述軸承室內(nèi)可轉(zhuǎn)動地設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸、一內(nèi)磁環(huán)和一外磁環(huán)，該轉(zhuǎn)子軸的兩端分別伸出所述軸承室和所述端蓋，該轉(zhuǎn)子軸上固設(shè)一軸套，所述軸套外環(huán)設(shè)固定所述內(nèi)磁環(huán)；所述外磁環(huán)安裝于固定在所述軸承室中的一定子支架上，且環(huán)設(shè)于所述內(nèi)磁環(huán)外面，所述內(nèi)磁環(huán)懸浮于該外磁環(huán)之中并與外磁環(huán)同心放置，所述內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)相鄰表面上的磁性相同；其特征在于，所述軸承室、定子支架、軸套及端蓋均為鐵磁材料制成并與所述內(nèi)磁環(huán)形成磁通閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮軸承，其特征在于，在所述轉(zhuǎn)子軸中心線上方的所述軸承室中，位于所述外磁環(huán)所在的圓環(huán)內(nèi)或圓環(huán)外設(shè)有至少一個懸浮力調(diào)節(jié)裝置，每 個懸浮力調(diào)節(jié)裝置包括一軟鐵，其能在平行于所述轉(zhuǎn)子軸中心線的方向移動地設(shè)置在軸承室中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁懸浮軸承，其特征在于，所述軟鐵連接一傳動裝置，使 得該軟鐵作直線移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁懸浮軸承，其特征在于，所述傳動裝置為一轉(zhuǎn)動變直 線運動的機械傳動機構(gòu)；或者為一液壓傳動機構(gòu)；或者包括一電驅(qū)動裝置，其通過一轉(zhuǎn)動 變直線運動機構(gòu)與所述軟鐵連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磁懸浮軸承，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動變直線運動的機械 傳動機構(gòu)包括一調(diào)節(jié)螺桿，其可轉(zhuǎn)動地固設(shè)在所述軸承室中，所述軟鐵螺接在該調(diào)解螺桿 上，通過轉(zhuǎn)動所述調(diào)節(jié)螺桿使得所述軟鐵移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種磁懸浮軸承，其特征在于，所述調(diào)節(jié)螺桿一端穿出端蓋， 伸出端設(shè)有旋轉(zhuǎn)該調(diào)節(jié)螺桿的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于，該所述內(nèi)磁環(huán)由徑向充磁的環(huán)形 磁鐵或形狀尺寸相同的瓦片型永磁鐵拼合而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的磁懸浮軸承，其特征在于，所述內(nèi)磁環(huán)兩側(cè)的 軸套分別與所述軸承室和端蓋之間形成徑向間隙，該間隙小于所述內(nèi)磁環(huán)和外磁環(huán)之間的 徑向間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的磁懸浮軸承，其特征在于，所述內(nèi)磁環(huán)兩側(cè)設(shè)有耐磨套，分別 為第一耐磨套和第二耐磨套，該第一耐磨套與所述端蓋配合形成所述徑向間隙，該第二耐 磨套與所述軸承室配合形成所述徑向間隙，兩所述耐磨套均套設(shè)固于所述軸套外部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁懸浮軸承，其特征在于，所述耐磨套為金屬材料或非金屬 材料制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁懸浮軸承，其特征在于，所述金屬材料為鑄鐵、鉛基、錫 基、銅基或鋁基合金；或者，所述非金屬材料為塑料、碳石墨、陶瓷、木材或橡膠。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于，所述定子支架為齒槽結(jié)構(gòu)，即在 該定子支架的內(nèi)側(cè)圓周壁上均布徑向齒，相鄰的徑向齒間構(gòu)成齒槽；
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁懸浮軸承，其特征在于，所述定子支架位于所述轉(zhuǎn)子軸 中心線上方的所述徑向齒長于所述轉(zhuǎn)子軸中心線下方的徑向齒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁懸浮軸承，該磁懸浮軸承為一軸承室內(nèi)設(shè)有一轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子軸外部設(shè)有軸套，軸套外環(huán)設(shè)有內(nèi)磁環(huán)，外磁環(huán)安裝于定子支架上，內(nèi)外磁環(huán)相鄰表面磁性相同。軸承室、定子支架、軸套及端蓋均為鐵磁材料制成并與內(nèi)磁環(huán)形成磁通閉合回路。本發(fā)明可以使永磁懸浮軸承平衡穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。磁通閉合回路，使轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向竄動時，根據(jù)“磁阻最小原理”將轉(zhuǎn)子拉回平衡位置，從而實現(xiàn)軸向上的自由度平衡。通過調(diào)節(jié)裝置對磁力的調(diào)節(jié)可以保證在退磁時及時調(diào)整軸承的平衡位置。通過間隙的設(shè)計保證定子轉(zhuǎn)子的安全性。軸承室和端蓋由鐵磁材料制成，可對外形成磁屏蔽。當磁懸浮用于電機時或?qū)Ψ来鸥蓴_要求高的環(huán)境中時，有效將本磁懸浮軸承系統(tǒng)與外部環(huán)境隔離。
文檔編號F16C33/00GK101846131SQ20101019700
公開日2010年9月29日 申請日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者劉楊, 朱寶海, 楊曉強, 畢大川 申請人:北京前沿科學研究所