永磁式磁悬浮轴承的制作方法

本实用新型涉及一种轴承，特别涉及一种永磁式磁悬浮轴承。

背景技术：

目前大部分的轴承存在相对摩擦或者滚动摩擦，无论怎么精密制造还是会存在损耗。

磁悬浮轴承是一种非接触型轴承，所以，该种轴承中的两个相对运动的部件之间不存在磨损或者摩擦阻力很小，使得该种轴承既能支承高速转动的轴，又可降低噪音和运行成本。对于现有的磁悬浮轴承，大多是利用内、外两块环形磁铁相互排斥所产生的径向力迫使其悬浮的。然而，由于轴承是用于支承转动轴的部件，并且该种轴承在轴向没有设置过载保护的轴向排斥力，而转动轴在带动负载一起转动的过程中同时也会产生轴向偏心力，所以，使用该轴承易导致转动轴轴向偏移，而转动轴轴向偏移会影响轴承的正常运转。

因此，如何解决磁悬浮轴承在运转时发生轴向偏移是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出一种可对磁悬浮轴承进行轴向限位的永磁式磁悬浮轴承。

一种永磁式磁悬浮轴承，包括外磁环和内磁环，所述外磁环和内磁环其中之一固定安装至一转动体上以随所述转动体转动，所述外磁环套设于所述内磁环的径向外侧，所述外磁环与所述内磁环之间具有一间隙，所述外磁环包括具有各自充磁方向且沿轴向依次排布的第一外环、第二外环和第三外环，所述内磁环包括具有各自充磁方向且沿轴向依次排布的第一内环、第二内环和第三内环，所述外磁环和内磁环构造成使得所述外磁环和内磁环之间同时产生一轴向推力和一径向推力。

在一实施例中，所述外磁环为中空圆柱形，所述内磁环相对所述外磁环具有一轴向偏移。

在一实施例中，所述外磁环和内磁环的宽度相同。

在一实施例中，所述第一外环与所述第一内环对应且沿轴向的宽度相同，所述第二外环与所述第二内环对应且沿轴向的宽度相同，所述第三外环与所述第三内环对应且沿轴向的宽度相同。

在一实施例中，所述外磁环为第一外磁环，所述内磁环为第一内磁环，所述永磁式磁悬浮轴承还包括第二外磁环和第二内磁环，所述第二外磁环和第二内磁环其中之一固定安装至所述转动体上以随所述转动体转动，所述第二外磁环套设于所述第二内磁环的径向外侧，所述第二外磁环与所述第二内磁环之间具有一间隙，所述第一外磁环和第一内磁环设置在所述转动体的第一轴向位置，所述第二外磁环和第二内磁环设置在所述转动体的第二轴向位置，所述第一轴向位置和第二轴向位置间隔一距离，所述第二外磁环包括具有各自充磁方向且沿轴向依次排布的第四外环、第五外环和第六外环，所述内磁环包括具有各自充磁方向且沿轴向依次排布的第四内环、第五内环和第六内环。

在一实施例中，所述第一外环和第一内环为轴向充磁且充磁方向相同，以使得所述第一外环对所述第一内环施加一轴向和径向排斥力；所述第二外环和第二内环为径向充磁且充磁方向相反，以使得所述第二外环对所述第二内环施加一径向排斥力；所述第三外环和第三内环为轴向充磁且充磁方向相同，以使得所述第三外环对所述第三内环施加一轴向和径向排斥力；所述第四外环和第四内环为轴向充磁且充磁方向相同，以使得所述第四外环对所述第四内环施加一轴向和径向排斥力；所述第五外环和第五内环为径向充磁且充磁方向相反，以使得所述第五外环对所述第五内环施加一径向排斥力；所述第六外环和第六内环为轴向充磁且充磁方向相同，以使得所述第六外环对所述第六内环施加一轴向和径向排斥力。

在一实施例中，所述第一内磁环相对所述第一外磁环朝向靠近所述第二轴向位置的一侧偏移；所述第二内磁环相对所述第二外磁环朝向靠近所述第一轴向位置的一侧偏移。

在一实施例中，所述第一外环和第一内环的充磁方向为轴向远离所述第二位置的方向，或者所述第一外环和第一内环的充磁方向为轴向靠近所述第二位置的方向；所述第二外环的充磁方向为径向靠近所述转动体的方向，所述第二内环的充磁方向为径向远离所述转动体的方向；或者所述第二外环的充磁方向为径向远离所述转动体的方向，所述第二内环的充磁方向为径向靠近所述转动体的方向；所述第三外环和第三内环的充磁方向为轴向靠近所述第二位置的方向，或者所述第三外环和第三内环的充磁方向为轴向远离所述第二位置的方向；所述第四外环和第四内环的充磁方向为轴向靠近所述第一位置的方向，或者所述第四外环和第四内环的充磁方向为轴向远离所述第一位置的方向；所述第五外环的充磁方向为径向靠近所述转动体的方向，所述第五内环的充磁方向为径向远离所述转动体的方向；或者所述第五外环的充磁方向为径向远离所述转动体的方向，所述第五内环的充磁方向为径向靠近所述转动体的方向；所述第六外环和第六内环的充磁方向为轴向远离所述第一位置的方向，或者所述第六外环和第六内环的充磁方向为轴向靠近所述第一位置的方向。

在一实施例中，所述第一内磁环相对所述第一外磁环朝向远离所述第二轴向位置的一侧偏移；所述第二内磁环相对所述第二外磁环朝向远离所述第一轴向位置的一侧偏移。

综上所述，本实用新型提出一种永磁式磁悬浮轴承。采用两个具有一轴向偏移的外磁环和内磁环，其中外磁环套设于内磁环上，外磁环和内磁环分别包括三个径向对应且一体限位压紧的单极体，对单极体进行充磁，使得外磁环对内磁环同时产生径向向内和轴向的排斥力。转动体上的第一轴向位置和第二轴向位置的外磁环分别对内磁环产生作用力使得内磁环或外磁环达到悬浮的效果，同时对转动体进行轴向限位。转动体所需的轴向力和径向力的大小由磁环的磁场大小及外磁环与内磁环的轴向偏移量决定。本实用新型的磁悬浮轴承由各个不同充磁方向的磁环同轴安装而使得转轴整体悬浮起来，无任何接触，实现无损耗转动。具有以下优点：

1.由于转子和定子之间没有机械接触，因此不存在磨损，不需要润滑，运行噪音小，允许转子高速、超高速旋转；

2.磁悬浮轴承对于转子旋转只有很小阻力，利于节能；

3.无需供电供油系统，直接就运行，方便快捷；

4.适用于洁净要求很高的应用场合，实现所谓绿色运行；

5.可在恶劣的环境中使用。

附图说明

图1为本实用新型的磁悬浮轴承一实施例的剖面结构示意图。

图2为本实用新型的磁悬浮轴承另一实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本实用新型不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本实用新型可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本实用新型并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。方向性用语，例如“左”、“右”、“上”、“下”等只是参照图示的角度进行说明，并不对本实用新型进行限制。

本实用新型的永磁式磁悬浮轴承利用永磁体同极相斥、异极相吸的原理，将中间的转轴悬浮起来，并利用转动体两端对称的轴向排斥力相互限位转动体的轴向移动。

本实用新型提出一种永磁式磁悬浮轴承，包括外磁环和内磁环，外磁环和内磁环其中之一固定安装至一转动体上以随转动体转动。外磁环套设于内磁环的径向外侧，外磁环与内磁环之间具有一间隙以允许两者之间相对转动，且外磁环和内磁环构造成使得外磁环与内磁环之间同时产生一轴向推力和一径向推力，以使得外磁环和内磁环其中之一悬浮。

如图1所示，所述转动体为一转轴10，所述永磁式磁悬浮轴承包括环绕转轴10安装的、位于转轴10的第一轴向位置的第一外磁环12和第一内磁环14以及位于转轴10的第二轴向位置的第二外磁环 16和第二内磁环18，其中转轴10的第一轴向位置和第二轴向位置间隔一距离。

在所示的实施例中，第一外磁环12为中空圆柱形，且第一外磁环12与外界固定连接。第一内磁环14固定安装至转轴10上以随转轴10转动，第一外磁环12套设于第一内磁环14的径向外侧，第一外磁环12与第一内磁环14之间具有一间隙20以允许两者之间相对转动。第一外磁环12和第一内磁环14构造成使得第一外磁环12和第一内磁环14之间同时产生一轴向推力和一径向推力。

具体而言，第一外磁环12包括具有各自充磁方向且沿轴向从左至右依次排布且一体限位压紧的第一外环22、第二外环24和第三外环26。第一内磁环14包括沿轴向从左至右依次排布且一体限位压紧的第一内环28、第二内环30和第三内环32。其中，第二外环24和第二内环30为具有强磁的单极体。在所示的实施例中，第一外磁环 12与第一内磁环14沿转轴10轴向上的宽度相同，第一外环22与第一内环28对应且沿轴向的宽度相同，第二外环24与第二内环30对应且沿轴向的宽度相同，第三外环26与第三内环32对应且沿轴向的宽度相同。

本实施例中，第一内磁环14相对于第一外磁环12具有一轴向偏移，偏移量的多少主要由轴向力决定，轴向力越大，该偏移量越小，但不会为0。因此，第一内环28相对第一外环22也具有一轴向偏移，第二内环30相对第二外环24也具有一轴向偏移，第三内环32相对第三外环26也具有一轴向偏移，且三者的轴向偏移量相同。

应当理解的是，在所示的实施例中，第一内磁环14相对于第一外磁环12具有轴向偏移，但这仅为本实用新型的优选实施方式，目的是为了使得第一内磁环14与第一外磁环12之间更好地产生轴向上的排斥力，在其他实施例中，根据磁环的形状及构造，第一外磁环 12与第一内磁环14也可以设计为没有轴向偏移。

在所示的实施例中，第二外磁环16为中空圆柱形，且第二外磁环16与外界固定连接。第二内磁环18固定安装至转轴10上以随转轴10转动，第二外磁环16套设于第二内磁环18的径向外侧，第二外磁环16与第二内磁环18之间具有一间隙34以允许两者之间相对转动。第二外磁环16和第二内磁环18构造成使得第二外磁环16和第二内磁环18之间同时产生一轴向推力和一径向推力。

具体而言，第二外磁环16包括具有各自充磁方向且沿轴向从左至右依次排布且一体限位压紧的第四外环36、第五外环38和第六外环40。第二内磁环18包括沿轴向从左至右依次排布且一体限位压紧的第四内环42、第五内环44和第六内环46。其中，第五外环38和第五内环44为具有强磁的单极体。在所示的实施例中，第二外磁环 16与第二内磁环18沿转轴10轴向上的宽度相同，第四外环36与第四内环42对应且沿轴向的宽度相同，第五外环38与第五内环44对应且沿轴向的宽度相同，第六外环40与第六内环46对应且沿轴向的宽度相同。

本实施例中，第二内磁环18相对于第二外磁环16具有一轴向偏移，偏移量的多少主要由轴向力决定，轴向力越大，该偏移量越小，但不会为0。因此，第四内环42相对第四外环36也具有一轴向偏移，第五内环44相对第五外环38也具有一轴向偏移，第六内环46相对第六外环40也具有一轴向偏移，且三者的轴向偏移量相同。

应当理解的是，在所示的实施例中，第二内磁环18相对于第二外磁环16具有轴向偏移，但这仅为本实用新型的优选实施方式，目的是为了使得第二内磁环18与第二外磁环16之间更好地产生轴向上的排斥力，在其他实施例中，根据磁环的形状及构造，第二外磁环 16与第二内磁环18也可以设计为没有轴向偏移。

第一外环22和第一内环28为轴向充磁且充磁方向相同，以使得第一外环22对第一内环28施加一轴向和径向排斥力。第二外环24 和第二内环30为径向充磁且充磁方向相反，以使得第二外环24对第二内环30施加一径向排斥力。第三外环26和第三内环32为轴向充磁且充磁方向相同，以使得第三外环26对第三内环32施加一轴向和径向排斥力。第四外环36和第四内环42为轴向充磁且充磁方向相同，以使得第四外环36对第四内环42施加一轴向和径向排斥力。第五外环38和第五内环44为径向充磁且充磁方向相反，以使得第五外环 38对第五内环44施加一径向排斥力。第六外环40和第六内环46为轴向充磁且充磁方向相同，以使得第六外环40对第六内环46施加一轴向和径向排斥力。各磁环之间在径向上的作用力使得转轴10可以悬浮起来。

本实施例中，安装于第一轴向位置的磁环设置为，第一内磁环 14相对第一外磁环12朝向靠近所述第二轴向位置的一侧偏移；第二内磁环18相对第二外磁环16朝向靠近所述第一轴向位置的一侧偏移。

磁环的充磁方向可以为，第一外环22和第一内环28的充磁方向为轴向远离第二轴向位置的方向，在图中为向左，或者第一外环22 和第一内环28的充磁方向为轴向靠近第二轴向位置的方向，在图中为向右；第二外环24的充磁方向为径向靠近转轴10的方向，在图中为向下，第二内环30的充磁方向为径向远离转轴10的方向，在图中为向上；或者第二外环24的充磁方向为径向远离转轴10的方向，在图中为向上，第二内环30的充磁方向为径向靠近转轴10的方向，在图中为向下；第三外环26和第三内环32的充磁方向为轴向靠近第二轴向位置的方向，在图中为向右，或者第三外环26和第三内环32的充磁方向为轴向远离第二轴向位置的方向，在图中为向左；第四外环 36和第四内环42的充磁方向为轴向靠近第一轴向位置的方向，在图中为向左，或者第四外环36和第四内环42的充磁方向为轴向远离第一轴向位置的方向，在图中为向右；第五外环38的充磁方向为径向靠近转轴10的方向，在图中为向下，第五内环44的充磁方向为径向远离转轴10的方向，在图中为向上；或者第五外环38的充磁方向为径向远离转轴10的方向，在图中为向上，第五内环44的充磁方向为径向靠近转轴10的方向，在图中为向下；第六外环40和第六内环 46的充磁方向为轴向远离第一轴向位置的方向，在图中为向右，或者第六外环40和第六内环46的充磁方向为轴向靠近第一轴向位置的方向，在图中为向左。

在所示的实施例中，第一外环22和第一内环28的充磁方向为轴向远离第二轴向位置的方向，在图中为向左。第二外环24的充磁方向为径向靠近转轴10的方向，在图中为向下，第二内环30的充磁方向为径向远离转轴10的方向，在图中为向上。第三外环26和第三内环32的充磁方向为轴向靠近第二轴向位置的方向，在图中为向右。第四外环36和第四内环42的充磁方向为轴向靠近第一轴向位置的方向，在图中为向左。第五外环38的充磁方向为径向靠近转轴10的方向，在图中为向下，第五内环44的充磁方向为径向远离转轴10的方向，在图中为向上。第六外环40和第六内环46的充磁方向为轴向远离第一轴向位置的方向，在图中为向右。

应当理解的是，上述实施例中的充磁方向仅为例示性，本实用新型不对此限定，在其他实施例中，也可以根据实际设计需求来设置各磁环的充磁方向。

也应当理解的是，在其他实施例中，第一轴向位置和第二轴向位置的磁环设计方式也可以实施成，安装于第一轴向位置的磁环设置为，第一内磁环14相对第一外磁环12朝向远离所述第二轴向位置的一侧偏移；第二内磁环18相对第二外磁环16朝向远离所述第一轴向位置的一侧偏移。

实质上，在上述实施例中，位于第一轴向位置的磁环布置及充磁方向与位于第二轴向位置的磁环布置及充磁方向关于转轴10的一垂直线镜像对称。这样设置可以使得第一轴向位置和第二轴向位置上产生的轴向上的推力相对或者相反，从而相互限位转轴10的轴向移动。但这仅为本实用新型的优选实施方式，在其他实施例中，第一轴向位置和第二轴向位置的磁环结构布置及充磁方向也可以不对称，只要能够使得第一轴向位置和第二轴向位置上产生的轴向上的推力相对或者相反，从而相互限位转轴10的轴向移动，并满足使得转轴10悬浮的要求即可。

转轴10所需的轴向力和径向力大小由各磁环的磁场大小和内磁环相对于外磁环的轴向偏移量决定的。因此，可以根据转轴10所需的轴向力或者径向力来修改永磁体(外磁环和内磁环)的尺寸及所述轴向偏移量大小，从而达到调整磁场强度的作用，让转轴10更稳定的运行。

应当注意的是，在上述实施例中，转动体为转轴10，但本实用新型不对此限定。在图2所示的另一实施例中，转动体也可以实施成轴套100，使得第一外磁环112、第二外磁环116与轴套100内表面固定连接，此时，第一外磁环112、第二外磁环116与转动体一起转动，第一内磁环114和第二内磁环118固定。其他例如磁环的排布方式以及磁环的充磁方向等均可与上述实施例类似，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型提出一种永磁式磁悬浮轴承。采用两个具有一轴向偏移的外磁环和内磁环，其中外磁环套设于内磁环上，外磁环和内磁环分别包括三个径向对应且一体限位压紧的单极体，对单极体进行充磁，使得外磁环对内磁环同时产生径向向内和轴向的排斥力。在转轴两端对称设置两磁悬浮轴承，两端的外磁环分别对内磁环产生作用力使得内磁环达到悬浮的效果同时对转轴进行轴向限位。转轴所需的轴向力和径向力的大小由磁环的磁场大小及外磁环与内磁环的轴向偏移量决定。本实用新型的磁悬浮轴承由各个不同充磁方向的磁环同轴安装而使得转轴整体悬浮起来，无任何接触，实现无损耗转动。具有以下优点：

1.由于转子和定子之间没有机械接触，因此不存在磨损，不需要润滑，运行噪音小，允许转子高速、超高速旋转；

2.磁悬浮轴承对于转子旋转只有很小阻力，利于节能；

3.无需供电供油系统，直接就运行，方便快捷；

4.适用于洁净要求很高的应用场合，实现所谓绿色运行；

5.可在恶劣的环境中使用。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本实用新型的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。