專利名稱：一種永磁懸浮軸承及其安裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種永磁懸浮軸承及其安裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
磁懸浮軸承是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機(jī)械接觸，轉(zhuǎn)子可以運行到很高的轉(zhuǎn)速，具有機(jī)械磨損小、能耗低、噪聲小、壽命長、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中。本申請的發(fā)明人在中國專利CN 201531526U中公開了ー種永磁懸浮軸承，這種永磁懸浮軸承主要包括內(nèi)圈和外圏，其中內(nèi)圈為永磁體，外圈由導(dǎo)磁材料或非導(dǎo)磁材料制成。 在該永磁懸浮軸承外圈的兩端分別固定有軸向永磁體，且外圈上固定設(shè)置有徑向永磁體， 該徑向永磁體與內(nèi)圈相吸。內(nèi)圈套裝在外圈內(nèi)部，在非承載狀態(tài)下，內(nèi)圈與外圈處于貼合狀態(tài)。工作吋，將軸頸安裝在內(nèi)圈中，軸對內(nèi)圈的壓力能克服徑向永磁體對內(nèi)圈的吸力，從而使內(nèi)圈處于懸浮狀態(tài)。這種永磁懸浮軸承結(jié)構(gòu)簡單，實用性強(qiáng)，這種永磁懸浮軸承適用于內(nèi)圈為轉(zhuǎn)子、外圈為定子的工作場合。但對于ー些外圈為轉(zhuǎn)子、內(nèi)圈為定子的工作場合，如各種車輛的從動輪中，上述永磁懸浮軸承并不適用。因此，需要提供ー種適用于外圈為轉(zhuǎn)子、內(nèi)圈為定子的工作場合的永磁懸浮軸承。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單的永磁懸浮軸承及該永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)，所述永磁懸浮軸承及其安裝結(jié)構(gòu)適用于外圈為轉(zhuǎn)子、內(nèi)圈為定子的工作場合。作為本發(fā)明的ー個方面，本發(fā)明提供一種永磁懸浮軸承，該永磁懸浮軸承包括內(nèi)圈；外圏，該外圈為永磁體，所述內(nèi)圈套在所述外圈中，所述外圈沿軸向方向的厚度小于所述內(nèi)圈沿軸向方向的厚度；第一徑向永磁體，該第一徑向永磁體固定在所述內(nèi)圈上且沿徑向方向上與所述外圈磁力相吸；多個軸向永磁體，該多個軸向永磁體固定在所述內(nèi)圈上并分別位于所述外圈沿軸向方向的兩側(cè)，從而使所述外圈在沿軸向方向上處于カ平衡狀態(tài)。優(yōu)選地，在所述外圈處于非承載狀態(tài)下，所述第一徑向永磁體與所述外圈之間沿徑向方向的磁性吸引力能夠使所述外圈與所述內(nèi)圈或所述第一徑向永磁體接觸；在所述外圈處于承載狀態(tài)下，所述外圈能夠在所述內(nèi)圈外懸浮起來，以進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，所述第一徑向永磁體沿軸向方向的厚度不小于所述外圈沿所述內(nèi)圈軸向方向的厚度，且所述第一徑向永磁體沿所述內(nèi)圈軸向方向的厚度為所述內(nèi)圈沿軸向方向的厚度的1/3至2/3。優(yōu)選地，所述內(nèi)圈具有槽，所述第一徑向永磁體固定安裝在所述槽內(nèi)。優(yōu)選地，所述槽形成在所述內(nèi)圈的沿軸向方向的中心位置。優(yōu)選地，所述第一徑向永磁體為扇環(huán)體，該扇環(huán)體的中心軸線與所述內(nèi)圈的中心軸線相同，且所述第一徑向永磁體的外圓周面與所述內(nèi)圈的外圓周面對齊。優(yōu)選地，所述軸向永磁體為與所述內(nèi)圈同軸的扇環(huán)體，所述軸向永磁體的外半徑小于所述外圈的外半徑并大于所述內(nèi)圈的外半徑。優(yōu)選地，所述軸向永磁體沿徑向方向的寬度為所述外圈沿徑向方向的寬度的 1. 5-2. 5 倍。優(yōu)選地，在所述永磁懸浮軸承軸向方向的正投影視圖中，所述第一徑向永磁體的內(nèi)圓周面的投影為第一弧形，所述軸向永磁體的內(nèi)圓周面的投影為第二弧形，該第一弧形和第二弧形均相對于所述第一弧形的中點與第二弧形的中點之間的連線對稱，且所述第一弧形和第二弧形的開ロ彼此相対。優(yōu)選地，所述第一弧形的中心角α為60度至100度，所述第二弧形的中心角β 為120度至200度。優(yōu)選地，該永磁懸浮軸承還包括第二徑向永磁體，該第二徑向永磁體與所述第一徑向永磁體相對于所述內(nèi)圈的中心軸線對稱設(shè)置，且所述第二徑永磁體的磁極方向與所述第一徑向永磁體的磁極方向相反。優(yōu)選地，所述外圈、所述第一徑向永磁體和所述多個軸向永磁體的磁極方向均為沿軸向方向。作為本發(fā)明的另外ー個方面，提供一種永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)，該安裝結(jié)構(gòu)包括永磁懸浮軸承，該永磁懸浮軸承為本發(fā)明所提供的永磁懸浮軸承；輔助軸承，該輔助軸承與所述永磁懸浮軸承的內(nèi)圈共軸；固定軸，所述永磁懸浮軸承的所述內(nèi)圈和所述輔助軸承的內(nèi)圈固定安裝在所述固定軸的外圓周面上；和中空的旋轉(zhuǎn)軸，所述永磁懸浮軸承的所述外圈和所述輔助軸承的外圈固定安裝在該旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)圓周面上。優(yōu)選地，安裝完成后，所述永磁懸浮軸承的所述第一徑向永磁體與所述永磁懸浮軸承的所述外圈之間的磁性吸引力與作用在所述旋轉(zhuǎn)軸上的載荷方向相反。按照本發(fā)明所提供的永磁懸浮軸承，利用作為永磁體的外圈與軸向永磁體和徑向永磁體的磁力作用，實現(xiàn)對外圈的軸向位置控制和徑向位置控制，更適用于外圈為轉(zhuǎn)子、內(nèi)圈為定子的工作環(huán)境。


圖1為根據(jù)本發(fā)明ー種實施方式的永磁懸浮軸承的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中永磁懸浮軸承的分解示意3為圖1中永磁懸浮軸承的軸向剖視圖；圖4為圖1中永磁懸浮軸承內(nèi)圈軸向剖視圖；圖5為圖1中永磁懸浮軸承的第一徑向永磁體的立體圖；圖6為圖5中第一徑向永磁體的徑向截面圖；圖7為圖3的A-A向視圖；圖8為圖1中永磁懸浮軸承的磁極分布示意圖；和圖9為根據(jù)本發(fā)明的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)的一種實施方式。附圖標(biāo)記1內(nèi)圈2 外圈3 第一徑向永磁體 4 軸向永磁體6第一端面7 第二端面
8輔助軸承11第一弧形12 第二弧形13槽14 固定軸15旋轉(zhuǎn)軸9、10第一徑向永磁體的兩個端面
具體實施例方式下面參考附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。如圖1至圖3所示，本發(fā)明所提供的永磁懸浮軸承包括內(nèi)圈 1 ； 外圈2，該外圈2為永磁體，所述內(nèi)圈1套在所述外圈2中，且所述外圈2的內(nèi)徑大于所述內(nèi)圈1的外徑，所述外圈2沿軸向方向的厚度小于所述內(nèi)圈1沿軸向方向的厚度；第一徑向永磁體3，該第一徑向永磁體3固定在所述內(nèi)圈1上且沿徑向方向上與所述外圈2磁力相吸；多個軸向永磁體4，該多個軸向永磁體4固定在所述內(nèi)圈1上井分別位于所述外圈 2沿軸向方向的兩側(cè)，從而使所述外圈2在沿軸向方向上處于カ平衡狀態(tài)。此處，所述永磁懸浮軸承的外圈2為永磁體，工作吋，外圈2安裝在輪轂中，內(nèi)圈1 的內(nèi)部安裝不做旋轉(zhuǎn)運動的軸，輪轂上的零部件能夠隨所述外圈2(即轉(zhuǎn)子)一起轉(zhuǎn)動。關(guān)于永磁懸浮軸承的設(shè)置安裝將在下文中進(jìn)行詳細(xì)描述。內(nèi)圈1可以由導(dǎo)磁材料制成，也可以由非導(dǎo)磁材料制成，外圈2的內(nèi)徑大于所述內(nèi)圈1的外徑，這樣，內(nèi)圈1套在外圈2中。由于內(nèi)圈1上還固定安裝有第一徑向永磁體3，該第一徑向永磁體3與外圈2磁力相吸，因此，在外圈2處于非承載狀態(tài)時第一徑向永磁體3 對外圈2的吸引力能平衡負(fù)載對外圈2的一部分或全部作用力。第一徑向永磁體3可以通過多種方式固定安裝到內(nèi)圈1上，例如可以在內(nèi)圈1中機(jī)加工有缺ロ，并將第一徑向永磁體3嵌入該缺口中，然后利用粘合劑或填料將第一徑向永磁體3牢固固定。當(dāng)然，第一徑向永磁體3并不限于上述這種安裝方式，在內(nèi)圈1為導(dǎo)磁性材料制成的情況下，第一徑向永磁體3也可以固定設(shè)置在內(nèi)圈1的外圓周面上。因此，第一徑向永磁體3與內(nèi)圈1的固定安裝方式可以根據(jù)具體的應(yīng)用場合而加以選擇，這將在下文中進(jìn)行更為詳細(xì)地描述。由于內(nèi)圈1與外圈2之間并沒有固定連接方式，永磁懸浮軸承處于負(fù)載狀態(tài)時，外圈2在內(nèi)圈1外面懸浮，外圈2容易沿軸向方向移動，內(nèi)圈1上固定安裝多個軸向永磁體4， 并將該多個軸向永磁體4設(shè)置在外圈2沿軸向方向的兩側(cè)能夠使所述外圈2在沿軸向方向上處于カ平衡狀態(tài)，確保外圈2停留在合適的位置井能防止所述外圈2沿軸向方向竄動。軸向永磁體4可以通過多種方式固定在內(nèi)圈1上的合適的位置。例如，軸向永磁體4可以固定到內(nèi)圈1的外圓周面上。再如，至少ー個軸向永磁體4固定在內(nèi)圈1的第一端面6上且至少一個軸向永磁體4固定在內(nèi)圈1的第二端面7上，從而使外圈2在軸向方向上實現(xiàn)受力平衡狀態(tài)。另外，軸向永磁體4還可以嵌入內(nèi)圈1中，與第一徑向永磁體3類似。優(yōu)選地，分別固定在外圈2的兩側(cè)的軸向永磁體4數(shù)量相等且形狀相同，這樣能更好維持外圈2在軸向方向上的力平衡狀態(tài)。
下面對上述永磁懸浮軸承的原理進(jìn)行更為詳細(xì)地描述。在軸向方向上，軸向永磁體4對外圈2的磁性力可以為斥力或引力，但在優(yōu)選情況下，軸向永磁體4對外圈2的磁性カ為斥力，從而能夠確保外圈2保持與軸向永磁體4之間具有合適的距離。由于在軸向方向上，外圈2處于平衡狀態(tài)，因此一旦外圈2偏向內(nèi)圈1的的某一端，則該端上設(shè)置的軸向永磁體4對該外圈2的斥力増大，且另一端上設(shè)置的另外的軸向永磁體4對該外圈2的斥力減小，從而在軸向方向上推動外圈2又恢復(fù)到平衡狀態(tài)。優(yōu)選地，第一徑向永磁體3與外圈2之間的吸引力應(yīng)該足夠大，在外圈2處于非承載狀態(tài)下，第一徑向永磁體3與外圈2之間沿徑向方向的磁性吸引カ能夠使外圈2與內(nèi)圈 1或第一徑向永磁體3接觸，如圖3所示；且在外圈2處于承載狀態(tài)下，外圈2能夠在第一徑向永磁體3以及負(fù)載的共同作用下實現(xiàn)在徑向方向上的受カ平衡，井能在所述內(nèi)圈1外懸浮起來，以進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動。因而，在承載狀態(tài)下，利用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)外圈的懸浮狀態(tài)，可以由外圈在負(fù)載狀態(tài)下做(幾乎)沒有摩擦的轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，第一徑向永磁體3沿軸向方向的厚度d3為內(nèi)圈1沿軸向方向的厚度的 1/3至2/3。進(jìn)ー步優(yōu)選地，第一徑向永磁體3的厚度d3為內(nèi)圈1沿軸向的厚度的1/2。優(yōu)選地，第一徑向永磁體3沿軸向方向的厚度不小于外圈2沿軸向方向的厚度。進(jìn)一步優(yōu)選地，第一徑向永磁體3沿內(nèi)圈1軸向方向的厚度等于外圈2沿內(nèi)圈1沿軸向方向的厚度。通過使第一徑向永磁體3沿內(nèi)圈1軸向方向的厚度與外圈2沿軸向方向的厚度相等，能夠使外圈2獲得穩(wěn)定的磁性吸引力，從而有利于確保外圈2在徑向方向和/或軸向方向處于穩(wěn)定狀態(tài)。通常，為了安裝第一徑向永磁體3，可以在內(nèi)圈1中預(yù)先設(shè)置有缺ロ或槽13，如圖 4所示，然后在裝配過程中將第一徑向永磁體3固定安裝到該槽13內(nèi)即可。優(yōu)選地，槽13形成在內(nèi)圈1上沿軸向方向的中間位置，從而使得第一徑向永磁體3 位于內(nèi)圈1中沿軸向方向的中間位置。因而，所述內(nèi)圈1的中心橫截面8將第一徑向永磁體3分為相對于該中心橫截面對稱的兩部分。按照該結(jié)構(gòu)，在非承載狀態(tài)下，位于內(nèi)圈1中沿軸向方向的中間位置的第一徑向永磁體3在軸向方向上也位于內(nèi)圈1內(nèi)的中間位置。因此，利用磁性吸引力，第一徑向永磁體3在軸向方向上能夠起到對外圈2定位的作用，從而在更大程度上確保外圈2在軸向方向上處于正確的位置。除通過設(shè)置在內(nèi)圈1的上的槽13將扇環(huán)體的第一徑向永磁體3固定在內(nèi)圈1上之外，還可以通過粘結(jié)劑將第一徑向永磁體3牢固地粘結(jié)到內(nèi)圈1上，只要滿足在對外圈2 施加磁性吸引力的同時，不影響外圈2的旋轉(zhuǎn)即可。第一徑向永磁體3的形狀并無特別要求，以能夠通過磁性作用力來實現(xiàn)對外圈2 的位置控制即可。例如，第一徑向永磁體3可以為長方體形、條形、環(huán)形等。為了便于所述第一徑向永磁體3的安裝，優(yōu)選地，第一徑向永磁體3為扇環(huán)體，在內(nèi)圈1的軸向方向上，扇環(huán)體的第一徑向永磁體3具有厚度d3，如圖5所示。優(yōu)選地，該扇環(huán)體的中心軸線與內(nèi)圈1的中心軸線相同，這樣外圈2受到第一徑向永磁體3的磁性吸力分布較為均勻。優(yōu)選地，第一徑向永磁體3沿徑向方向的寬度w3與內(nèi)圈1沿徑向方向的寬度相同，且第一徑向永磁體3的外圓周面與內(nèi)圈1的外圓周面對齊；進(jìn)一步優(yōu)選地，第一徑向永磁體3的外圓周面與內(nèi)圈1的外圓周面也對齊。在該結(jié)構(gòu)中，在非承載狀態(tài)下，外圈2能夠被吸到第一徑向永磁體3的外圓周面上，如圖3和圖7所示。將扇環(huán)體的第一徑向永磁體3裝入內(nèi)圈1中，通常采用兩種結(jié)構(gòu)方式。第一種方式如圖1、圖2、圖5和圖6中所示的扇環(huán)體，其中，該扇環(huán)體的第一徑向永磁體3的兩個端面9、10 (該兩個端面也彼此平行)與內(nèi)圈1的中心軸線相平行。在該結(jié)構(gòu)中，扇環(huán)體的內(nèi)圓周面的圓周方向的圓弧所對應(yīng)的中心角與外圓周面的圓周方向的圓弧所對應(yīng)的中心角是不同的。另ー種方式如圖7所示，內(nèi)圈1的中心軸線位于扇環(huán)體的第一徑向永磁體3的兩個端面9、10所在的平面內(nèi)，也就是說，內(nèi)圈1的中心軸線為第一徑向永磁體3的兩個端面 9和10所在平面的交線。在該結(jié)構(gòu)中，第一徑向永磁體3的扇環(huán)體的內(nèi)圓周面的圓周方向的圓弧所對應(yīng)的中心角與外圓周面的圓周方向的圓弧所對應(yīng)的中心角是相同的。為了使第一徑向永磁體3對外圈2產(chǎn)生合適的足夠的磁性吸引力，優(yōu)選地，所述第一徑向永磁體3的扇環(huán)體的內(nèi)圓周面的圓周方向的圓弧(如圖6所示的弧AB)所對應(yīng)的中心角(如圖7所示的中心角α )為60度至100度。進(jìn)ー步優(yōu)選地，第一徑向永磁體3的扇環(huán)體的內(nèi)圓周面的圓周方向的圓弧所對應(yīng)的中心角為90度。以上對本發(fā)明的永磁懸浮軸承的第一徑向永磁體3的設(shè)置及其作用進(jìn)行了詳細(xì)地描述。下面對軸向永磁體4進(jìn)行詳細(xì)地描述。如上所述，軸向永磁體4的個數(shù)為多個。但優(yōu)選地，為了簡便軸向永磁體4與內(nèi)圈 1的裝配，軸向永磁體4可以設(shè)計為兩個，其中一個軸向永磁體4可以位于內(nèi)圈1的第一端面6上，另ー個軸向永磁體4可以位于內(nèi)圈1的第二端面7上。但本發(fā)明并不限于此，位于第一端面6上的軸向永磁體4可以為多個，位于第二端面7上的軸向永磁體4也可以為多個，位于第一端面6上的軸向永磁體4的個數(shù)與位于第二端面7上的軸向永磁體4的個數(shù)可以不同，只要能夠?qū)崿F(xiàn)外圈2在軸向方向上處于カ平衡狀態(tài)即可。分別位于內(nèi)圈1的兩個端面上的兩組軸向永磁體4作用在外圈2上的磁力為斥力 (或引力)，該ー對斥力(或引力)在軸向方向上的分力(如果有的話)大小相等、方向相反，因而在軸向方向上合力為零，從而能夠確保外圈2在軸向方向上的穩(wěn)定。軸向永磁體4 的幾何形狀并沒有特殊要求，只要能夠?qū)崿F(xiàn)對外圈2的軸向穩(wěn)定即可。優(yōu)選地，為了使軸向永磁體4對外圈2施加理想的作用力，如斥力，如圖3所示，軸向永磁體4沿徑向方向的寬度w4大于內(nèi)圈1沿徑向方向的寬度，從而使軸向永磁體4的外圓周面突出于內(nèi)圈1的外圓周面，以使軸向永磁體4與外圈2的位置更為接近，以獲得理想的磁性斥力。優(yōu)選地，軸向永磁體4為扇環(huán)體，該扇環(huán)體的中心軸線(即該扇環(huán)體的內(nèi)或外圓周面所在的圓柱面的中心軸線)與內(nèi)圈1的中心軸線相同。因而，軸向永磁體4的內(nèi)圓周面、 外圓周面以及內(nèi)圈1的內(nèi)圓周面和外圓周面具有共同的中心軸線，從而使外圈2的設(shè)置不會影響到外圈2與負(fù)載的連接及其旋轉(zhuǎn)運動。在這里，軸向永磁體4的扇環(huán)體與上述第一徑向永磁體3的扇環(huán)體結(jié)構(gòu)類似，因而不再進(jìn)行詳細(xì)地描述。優(yōu)選地，為了便于內(nèi)圈1的安裝，軸向永磁體4的扇環(huán)體的內(nèi)圓周面與內(nèi)圈1的內(nèi)圓周面對齊，如圖3所示。
軸向永磁體4在內(nèi)圈1上的安裝位置以能對外圈2起到軸向穩(wěn)定作用即可，沒有特殊要求。而且，優(yōu)選地，軸向永磁體4與內(nèi)圈1同軸，且該軸向永磁體4的外半徑小于外圈2 的外半徑并大于內(nèi)圈1的外半徑，因此便于各個部件的裝配。而且，一方面在承載狀態(tài)下， 突出于內(nèi)圈1的外圓周面的軸向永磁體4不會對外圈2和位于該外圈2外部的零件造成干渉。在另一方面，在非承載狀態(tài)下，能夠克服外圈2所受的磁性カ將該外圈2取出，以及進(jìn)行更換作業(yè)。在軸向永磁體4的外圓周面與外圈2的內(nèi)圓周面齊平的情況中，這可以通過使軸向永磁體4的徑向方向的寬度w4與外圈2沿徑向方向的寬度的差小于外圈2的內(nèi)徑與內(nèi)圈1的內(nèi)徑的差來實現(xiàn)。優(yōu)選地，軸向永磁體4沿徑向方向的寬度w4為外圈2沿徑向方向的寬度的 1.5-2. 5倍。進(jìn)ー步優(yōu)選地，軸向永磁體4沿徑向方向的寬度為外圈2沿徑向方向的寬度的 2倍。除了上述優(yōu)點之外，使軸向永磁體4的寬度w4大于外圈2的寬度，既能夠?qū)崿F(xiàn)外圈2 在軸向方向上的受カ平衡，而且，外圈2兩側(cè)的兩組軸向永磁體4對外圈2的斥力在徑向方向上也會產(chǎn)生合力，且該合力有助于使外圈2承載更大的徑向載荷。優(yōu)選地，如圖7所示，軸向永磁體4在內(nèi)圈1的位置與第一徑向永磁體3在內(nèi)圈 1上的位置的相對關(guān)系為在該永磁懸浮軸承軸向方向的正投影視圖中，所述第一徑向永磁體3的內(nèi)圓周面的投影為第一弧形11，所述軸向永磁體4的內(nèi)圓周面的投影為第二弧形 12，該第一弧形11和第二弧形12相對于所述第一弧形11的中點與第二弧形12的中點之間的連線L在圖7中左右對稱，且所述第一弧形11和第二弧形12的開ロ彼此相対。實際上，這里的第一徑向永磁體3的內(nèi)圓周面所投影的第一弧形11即為上述第一徑向永磁體3的“扇環(huán)體的內(nèi)圓周面的圓周方向的圓弧”。優(yōu)選地，第一弧形11的中心角α為60度至100度，進(jìn)ー步優(yōu)選地，為90度。按照該結(jié)構(gòu)，第一徑向永磁體3對外圈2的磁性吸力的方向主要沿向量OC方向(在圖7中向下)，而軸向永磁體4對外圈2的斥力在軸向方向上的合力可以為零，軸向永磁體4對外圈 2的斥力在徑向方向上的合力將主要沿向量DC方向。也就是說，位于外圈2軸向方向兩側(cè)的軸向永磁體4對外圈2的斥力在徑向方向上的合力的方向與第一徑向永磁體3對外圈2 的磁性吸力的方向相同，從而在徑向方向上起到輔助第一徑向永磁體3的作用。在該情況下，如果外圈2上負(fù)有載荷，該載荷可以利用軸向永磁體4對外圈2的斥力在徑向方向上的合力以及第一徑向永磁體3對外圈2的磁性吸カー同來支撐，同時還能夠克服外圈2自身的重力，從而使本發(fā)明提供的永磁懸浮軸承能夠適用于承載狀態(tài)的工作條件中。優(yōu)選地，第二弧形12的中心角(圖7中所示的中心角β )為120度至200度。進(jìn)一步優(yōu)選地，第二弧形12的中心角為160度至180度，從而能夠使外圈2在軸向方向上獲得更為穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。為了進(jìn)一步提高本發(fā)明的永磁懸浮軸承的承載能力，優(yōu)選地，所述永磁懸浮軸承還包括第二徑向永磁體(未顯示)，該第二徑向永磁體固定安裝在所述內(nèi)圈1上(如嵌入所述內(nèi)圈1內(nèi))，且該第二徑向永磁體與第一徑向永磁體3相對于內(nèi)圈1的中心軸線對稱設(shè)置，該第二徑向永磁體與第一徑向永磁體3的磁極方向相反。由于第二徑向永磁體與第一徑向永磁體3相對于內(nèi)圈1的中心軸線對稱，且該第ニ徑向永磁體與第一徑向永磁體3的磁極方向相反，因此第二徑向永磁體與外圈2為磁力相斥，因而，該第二徑向永磁體對外圈2的磁性斥力的合力方向與第一徑向永磁體3對外圈 2的磁性吸力的合力方向相同，從而能夠允許外圈2承載更大的載荷。優(yōu)選地，內(nèi)圈1可以由導(dǎo)磁性材料制成。利用該導(dǎo)磁性材料制成的內(nèi)圈1，能夠使外圈2與徑向永磁體3和軸向永磁體4之間的磁性作用カ更大，從而使外圈2在軸向方向上更為穩(wěn)固，在徑向方向上能夠承載更大的載荷。如上所述，第一徑向永磁體3與外圈2之間磁性相吸，外圈2與軸向永磁體4為相斥(或相吸)，以實現(xiàn)外圈2在承載狀態(tài)下的懸浮狀態(tài)，這可以通過各個磁體的磁極的設(shè)置來實現(xiàn)。優(yōu)選地，外圈2、第一徑向永磁體3和多個軸向永磁體4的磁極方向均為沿軸向方向，且外圈2的磁極方向與第一徑向永磁體3的磁極方向相反。具體來說，以圖3和圖8中的方位為例進(jìn)行描述。在軸向方向上，外圈2的左端為 N扱，右端為S極；第一徑向永磁體3的左端為S扱，右端為N極；對于外圈2左側(cè)的軸向永磁體4來說，左端為S扱，右端為N極；對于外圈2右側(cè)的軸向永磁體4來說，左端為S扱， 右端為N扱。當(dāng)然，將圖8中各個磁體的N極和S極反轉(zhuǎn)(即將圖8中的N極設(shè)為S扱，將圖8中的S極設(shè)為N扱)也是完全可行的。由于所述各個磁體的磁極方向為沿軸向方向，因此，一方面能夠方便各個磁體的設(shè)置，另一方面，更為重要的是，通過使各個磁極的磁極方向設(shè)置為沿軸向方向，能夠使對應(yīng)的不同磁體(如磁性相互吸引的磁體)形成閉合的磁場回路，從而不會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，能夠更為長久地使磁場狀態(tài)保持穩(wěn)定。針對不同的應(yīng)用場合，可以選擇能夠產(chǎn)生不同的磁場強(qiáng)度的永磁體、第一(第二) 徑向永磁體和軸向永磁體。此外，相對于傳統(tǒng)的永磁懸浮軸承而言，本發(fā)明所提供的永磁懸浮軸承中，軸向永磁體4與內(nèi)圈1固定在一起(如通過粘合劑粘結(jié)在一起)，第一徑向永磁體3與內(nèi)圈1固定在一起，因此除了外圈2之外，其余的部件固定連接為整體。因此，本發(fā)明的永磁懸浮軸承為集成式的，結(jié)構(gòu)非常緊湊，裝配過程也相對較為簡便。本發(fā)明所述的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)可以包括固定軸、中空的旋轉(zhuǎn)軸以及本發(fā)明所述的永磁懸浮軸承。在內(nèi)圈為定子外圈為轉(zhuǎn)子的工作場合中，所述固定軸固定不動，所述中空的旋轉(zhuǎn)軸繞固定軸的中心軸線旋轉(zhuǎn)。例如，所述固定軸為機(jī)架、所述中空的旋轉(zhuǎn)軸為輪轂。將永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1固定安裝在所述固定軸的外圓周面上。永磁懸浮軸承的外圈2固定安裝在所述中空的旋轉(zhuǎn)軸的內(nèi)圓周面上，中空的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時帶動外圈2—同旋轉(zhuǎn)。由于外圈2在內(nèi)圈1外懸浮，所以外圈2與內(nèi)圈1之間無摩擦，從而不會降低中空的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，提高中空的旋轉(zhuǎn)軸的工作效率。作為本發(fā)明的另一方面，提供一種永磁懸浮軸承的優(yōu)選安裝結(jié)構(gòu)，如圖9所示，該安裝結(jié)構(gòu)包括永磁懸浮軸承，該永磁懸浮軸承為本發(fā)明所提供的上述永磁懸浮軸承；輔助軸承 8，該輔助軸承8與永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1共軸；固定軸14，永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1和輔助軸承8的內(nèi)圈固定安裝在固定軸14的外圓周面上；和中空的旋轉(zhuǎn)軸15，永磁懸浮軸承的外圈2和輔助軸承8的外圈固定安裝在該旋轉(zhuǎn)軸15的內(nèi)圓周面上。由于在工作吋，永磁懸浮軸承外圈2在內(nèi)圈1外懸浮，外圈2與內(nèi)圈1之間并無支撐連接結(jié)構(gòu)，因此，在安裝永磁懸浮軸承時，優(yōu)選地，在固定軸14上套裝輔助軸承8，該輔助軸承8與永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1共軸。此處的固定軸14可以是直徑處處相等的普通圓軸，也可以是階梯軸。當(dāng)固定軸14 為直徑處處相等的普通圓軸吋，輔助軸承8的內(nèi)圈內(nèi)徑與永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1的內(nèi)徑相同；當(dāng)固定軸14為階梯軸時，輔助軸承8的內(nèi)圈的內(nèi)徑為該內(nèi)圈安裝處的固定軸14的直徑，而不等于永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1的內(nèi)徑。同樣，中空的旋轉(zhuǎn)軸15的內(nèi)徑可以處處相等，也可以呈階梯變化，可根據(jù)中空的旋轉(zhuǎn)軸15的具體結(jié)構(gòu)選擇輔助軸承8的外圈外徑。在本發(fā)明所述的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)中，對固定軸14、輔助軸承8以及中空的旋轉(zhuǎn)軸15的具體結(jié)構(gòu)沒有特殊要求，只要能實現(xiàn)輔助軸承8與永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1共軸，輔助軸承8的外圈與永磁懸浮軸承的外圈2同時固定在旋轉(zhuǎn)軸15的內(nèi)表面上即可。由于永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1和外圈2之間并無支撐或連接，當(dāng)該永磁懸浮軸承處于負(fù)載狀態(tài)時，外圈2在內(nèi)圈1外部懸浮。當(dāng)中空的旋轉(zhuǎn)軸15旋轉(zhuǎn)時，外圈2隨之旋轉(zhuǎn)。在固定軸14上安裝與內(nèi)圈1共軸的輔助軸承8可對永磁懸浮軸承的外圈2起到對心的作用， 即，在永磁懸浮軸承的外圈2處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)吋，該外圈2、永磁懸浮軸承的內(nèi)圈1、輔助軸承 8、旋轉(zhuǎn)軸15以及固定軸14軸線重合，從而使得高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的外圈2更加穩(wěn)定。此外，在旋轉(zhuǎn)軸15運轉(zhuǎn)吋，大部分載荷都由永磁懸浮軸承承擔(dān)，輔助軸承8所承擔(dān)的載荷很小，從而使得輔助軸承8內(nèi)部的摩擦カ也很小，因此，幾乎不會對旋轉(zhuǎn)軸15的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。優(yōu)選地，安裝完成后，永磁懸浮軸承的第一徑向永磁體3與永磁懸浮軸承的外圈2 之間的磁性吸引力與旋轉(zhuǎn)軸15上承載的載荷F方向相反。這樣，在旋轉(zhuǎn)軸15旋轉(zhuǎn)時，以及外圈2自身的重力與第一徑向永磁體3對外圈2的磁性吸引力相平衡，從而使外圈2能在內(nèi)圈1外懸浮，并做與內(nèi)圈1幾乎沒有摩擦的旋轉(zhuǎn)，有利于套在永磁懸浮軸承的外圈2外部的旋轉(zhuǎn)軸15的旋轉(zhuǎn)，提高旋轉(zhuǎn)軸15的工作效率。在圖9中所示的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)中，只在永磁懸浮軸承的ー側(cè)安裝了輔助軸承8，然而，本發(fā)明所述的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)并不限于此，還可以在永磁懸浮軸承的兩側(cè)分別安裝輔助軸承8。而輔助軸承8的形式也可以是多祥的，例如可以是圖9中所示的滾動軸承，也可以是其他形式的軸承，只要能對永磁懸浮軸承起到對心作用即可。本發(fā)明提供的永磁懸浮軸承外圈為永磁體，能夠在內(nèi)圈外懸浮，更加適用于外圈為轉(zhuǎn)子、內(nèi)圈為定子的工作場合。本發(fā)明提供的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)采用了輔助軸承，在永磁懸浮軸承的外圈沿徑向方向移動時對永磁懸浮軸承起到輔助支撐的作用，更利于永磁懸浮軸承的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。以上對本發(fā)明所提供的永磁懸浮軸承進(jìn)行了詳細(xì)地描述。雖然本發(fā)明已通過上述實施例所公開，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可作各種更動與修改。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種永磁懸浮軸承，其特征在干，該永磁懸浮軸承包括內(nèi)圈α)；外圈0)，該外圈(2)為永磁體，所述內(nèi)圈(1)套在所述外圈(2)中，且所述外圈(2)的內(nèi)徑大于所述內(nèi)圈⑴的外徑，所述外圈(2)沿軸向方向的厚度小于所述內(nèi)圈⑴沿軸向方向的厚度；第一徑向永磁體(3)，該第一徑向永磁體C3)固定在所述內(nèi)圈(1)上且沿徑向方向上與所述外圈(2)磁力相吸；多個軸向永磁體G)，該多個軸向永磁體(4)固定在所述內(nèi)圈(1)上并分別位于所述外圈(2)沿軸向方向的兩側(cè)，從而使所述外圈( 在沿軸向方向上處于カ平衡狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，在所述外圈( 處于非承載狀態(tài)下，所述第一徑向永磁體(3)與所述外圈( 之間沿徑向方向的磁性吸引力使所述外圈 (2)與所述內(nèi)圈(1)或所述第一徑向永磁體C3)接觸；在所述外圈( 處于承載狀態(tài)下，所述外圈( 在所述內(nèi)圈(1)外懸浮起來，以進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述第一徑向永磁體C3)沿所述內(nèi)圈(1)軸向方向的厚度不小于所述外圈(2)沿所述內(nèi)圈(1)軸向方向的厚度，且所述第一徑向永磁體(3)沿所述內(nèi)圈(1)軸向方向的厚度為所述內(nèi)圈(1)沿軸向方向的厚度的 1/3 至 2/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述內(nèi)圈(1)具有槽(13)，所述第一徑向永磁體(3)固定安裝在所述槽(13)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述槽(1 形成在所述內(nèi)圈 (1)的沿軸向方向的中心位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述第一徑向永磁體C3)為扇環(huán)體，該扇環(huán)體的中心軸線與所述內(nèi)圈(1)的中心軸線相同，且所述第一徑向永磁體C3)的外圓周面與所述內(nèi)圈(1)的外圓周面對齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述軸向永磁體(4)為與所述內(nèi)圈(1)同軸的扇環(huán)體，所述軸向永磁體的外半徑小于所述外圈O)的外半徑并大于所述內(nèi)圈(1)的外半徑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述軸向永磁體(4)沿徑向方向的寬度為所述外圈(2)沿徑向方向的寬度的1. 5-2. 5倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，在該永磁懸浮軸承軸向方向的正投影視圖中，所述第一徑向永磁體(3)的內(nèi)圓周面的投影為第一弧形(11)，所述軸向永磁體的內(nèi)圓周面的投影為第二弧形(12)，該第一弧形(11)和第二弧形(1 均相對于所述第一弧形(11)的中點與第二弧形(1 的中點之間的連線對稱，且所述第一弧形(11) 和第二弧形(1 的開ロ彼此相対。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述第一弧形(11)的中心角 α為60度至100度，所述第二弧形(1 的中心角β為120度至200度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮軸承，其特征在于，該永磁懸浮軸承還包括第二徑向永磁體，該第二徑向永磁體與所述第一徑向永磁體C3)相對于所述內(nèi)圈(1)的中心軸線對稱設(shè)置，且所述第二徑向永磁體與所述第一徑向永磁體(3)的磁極方向相反。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任意一項所述的永磁懸浮軸承，其特征在干，所述外圈O)、 所述第一徑向永磁體C3)和所述軸向永磁體的磁極方向均為沿軸向方向。
13.—種永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該安裝結(jié)構(gòu)包括永磁懸浮軸承，該永磁懸浮軸承為權(quán)利要求1-12中任意一項所述的永磁懸浮軸承； 輔助軸承(8)，該輔助軸承(8)與所述永磁懸浮軸承的內(nèi)圈(1)共軸； 固定軸(14)，所述永磁懸浮軸承的所述內(nèi)圈(1)和所述輔助軸承(8)的內(nèi)圈固定安裝在所述固定軸(14)的外圓周面上；和中空的旋轉(zhuǎn)軸(15)，所述永磁懸浮軸承的所述外圈( 和所述輔助軸承(8)的外圈固定安裝在該旋轉(zhuǎn)軸(15)的內(nèi)圓周面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在干，安裝完成后，所述永磁懸浮軸承的所述第一徑向永磁體( 與所述永磁懸浮軸承的所述外圈( 之間的磁性吸引力與作用在所述旋轉(zhuǎn)軸(15)上的載荷方向相反。
全文摘要
一種永磁懸浮軸承，該永磁懸浮軸承包括內(nèi)圈(1)；外圈(2)，該外圈(2)為永磁體，所述內(nèi)圈套在所述外圈內(nèi)部，且所述外圈的內(nèi)徑大于所述內(nèi)圈的外徑，所述外圈沿軸向方向的厚度小于所述內(nèi)圈沿軸向方向的厚度；第一徑向永磁體(3)，該第一徑向永磁體固定在所述內(nèi)圈上且沿徑向方向上與所述外圈磁力相吸；多個軸向永磁體(4)，該多個軸向永磁體固定在所述內(nèi)圈的兩端面上從而使所述外圈在沿軸向方向上處于力平衡狀態(tài)。本發(fā)明還提供一種所述永磁懸浮軸承的安裝結(jié)構(gòu)，該安裝結(jié)構(gòu)還包括輔助軸承(8)、固定軸(14)和中空的旋轉(zhuǎn)軸(15)。本發(fā)明所述的永磁懸浮軸承及其安裝結(jié)構(gòu)更適用于內(nèi)圈為定子外圈為轉(zhuǎn)子的工作場合。
文檔編號F16C35/08GK102588434SQ20111000511
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)明者張平 申請人:關(guān)家樹, 張平, 張思維