径向斥力永磁悬浮轴承的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种径向斥力永磁悬浮轴承。它包括内圈、外端盖、外隔圈、陶瓷保持球组件、静永磁环及动永磁环等。主要利用径向磁悬浮力承受径向外载荷，又可利用陶瓷球组件辅助承受轴向外载荷，主要承受径向外载荷时是一个摩擦力矩很小的径向永磁悬浮轴承，用来辅助承受轴向外载荷时是一个摩擦力矩与陶瓷推力球轴承相当的推力球轴承。便于工业应用的径向斥力永磁悬浮轴承结构简单可靠，减少了目前永磁轴承散件自由组装带来的不便，具有使用方便、无摩擦、无需润滑、高转速以及长寿命等优点，易于标准化、系列化生产，以满足可商品化的要求。
【专利说明】径向斥力永磁悬浮轴承
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种永磁悬浮轴承，特别是一种能普遍适用于大规模工业应用的径向斥力永磁悬浮轴承，主要用来承受径向外载荷。
【背景技术】
[0002]磁悬浮轴承简称磁力轴承，是利用定子和转子之间的磁力作用将转子悬浮于空间，使转子和定子之间只有保持微摩擦接触的一种新型高性能轴承。由于转子、定子之间在主承载方向上不存机械上的接触摩擦，所以磁悬浮轴承的转子可达到很高的运转转速，并且具有机械磨损小、能耗低、寿命长、无需润滑、无污染等优点，特别适合高速、真空和超洁净等特殊的应用场合。
[0003]磁悬浮轴承根据工作原理或磁力产生方式一般可以分为三类:主动磁悬浮轴承(Active Magnetic Bearing,简称 AMB),被动磁悬浮轴承(Passive Magnetic Bearing,简称PMB),混合磁悬浮轴承(Hybrid Magnetic Bearing,简称HMB)。被动磁悬浮轴承又可分为:永磁悬浮轴承、超导磁悬浮轴承、抗磁体磁悬浮轴承、电动力磁悬浮轴承。其中，永磁悬浮轴承(简称永磁轴承)是利用永磁体之间的作用力来实现悬浮物体在部分主承载自由度上的稳定悬浮。
[0004]时至今日，永磁悬浮依然面临着难以解决的技术难题。1842年，英国物理学家Earnshaw指出:一个相互作用力服从与距离平方成反比规律的体系不可能实现三维空间的稳定平衡。这一结论被十九世纪的伟大物理学家Maxwell做过引述和论证，随后Brown进行了推论，历经三个世纪发展成为Earnshaw定理:永磁悬浮轴承不可能在空间所有自由度上实现全永磁悬浮。因此想要得到稳定的平衡悬浮体系，至少要在一个自由度上引入主动外力(如电磁力、机械力)辅助支承进行补偿。
[0005]目前，永磁悬浮轴承尚处于实验研究阶段，由于磁铁不同极性接触时吸力很大，且没有专业化工厂制造生产，因此在自行组装和安装时将遭遇到很多困难和不便，不能在工业上得到大规模应用。若能研制一种能像滚动轴承那样能够标准化、系列化生产的永磁轴承，那么它一定会象滚动轴承那样在工业应用领域中得到大规模应用，同时也能促进永磁悬浮轴承事业的进一步发展。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种径向主承载斥力型永磁悬浮轴承，它运用永磁铁具有“同性相斥、异性相吸”的原理使转轴在径向主承载时稳定悬浮，在轴向上依赖辅助保护轴承进行定位，利用陶瓷球组件作为保持轴承(相当于滚动轴承中的保持架)来使转轴保持轴向定位，使内外两磁环间恰好正中相套，没有轴向偏移，两者之间径向上有一定的气隙，没有任何摩擦，完全依靠磁环之间的斥力来达到径向主承载力的平衡，从而在径向主承载上保持稳定悬浮，大大减小摩擦、提升转轴的转速并且经久耐用，可以有效减少能量的损耗，达到节能的目的。[0007]为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0008]一种径向斥力永磁悬浮轴承，包括一个内圈、两个外端盖、一个外隔圈、四个静永磁环、四个动永磁环、用于对动永磁环进行轴向定位的紧固盖、用于对转轴进行轴向定位的陶瓷球组件(相当于滚动轴承中的保持架)以及用于固定外圈的若干个内六角圆柱头螺栓和弹簧垫片。其特征在于所述的四个静永磁环与四个动永磁环均轴向相对堆叠，四个动永磁环套在四个静永磁环中，静永磁环由外端盖来进行轴向定位，动永磁环由紧固盖进行轴向定位，两个外端盖通过若干个内六角圆柱头螺栓和弹簧垫片分别与外隔圈固定连接，形成径向斥力永磁悬浮轴承的整体固定外圈。
[0009]上述的径向斥力永磁悬浮轴承在径向主承载上由静永磁环和动永磁环之间的斥力来达到稳定悬浮。磁环所用材料为钕铁硼，均采用轴向充磁，由磁环加工厂家定制。
[0010]上述的径向斥力永磁悬浮轴承，内圈的内径相当于滚动轴承的内圈内径，外圈的外径相当于滚动轴承的外圈外径，宽度相当于滚动轴承的宽度，结构简单，适合标准化、系列化生产。
[0011]本实用新型与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点:径向斥力永磁悬浮轴承结构简单可靠，减少了目前永磁轴承散件自行组装带来的不便，具有使用方便、摩擦力小、节能等优点，可以参照传统滚动轴承的尺寸来进行标准化、系列化生产，满足工业应用的要求。
[0012]【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型一个实施例的总体结构示意图。
[0014]图2是本实用新型一个实施例的象滚动轴承一样的外观主视图。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型的优选实施例结合附图详述如下:
[0016]实施例一:
[0017]参见图1和图2,本径向斥力永磁悬浮轴承,包括一个内圈(I)、两个外端盖(2)、一个外隔圈(5)、四个静永磁环(6)、四个动永磁环(7)以及用于固定外端盖(2)和外隔圈(5)的若干个内六角圆柱头螺栓⑶和弹簧垫片⑷；其特征在于:所述的四个静永磁环(6)放置在外隔圈(5)中，由两个外端盖(2)来保持轴向定位；所述的四个动永磁环(7)套在内圈
(I)上，由旋套在内圈(I)上的两个紧固盖(8)来保持轴向定位；内圈(I)上的两个紧固盖
(8)与两个外端盖(2)之间分别放置一个一陶瓷球组件(9)来保持内圈(I)的轴向定位，以保证静永磁环(6)和动永磁环(7)的正中对置；动永磁环(7)和静永磁环(6)相套配置，并保持有效间隙；两个外端盖(2)通过若干内六角圆柱头螺栓(3)和弹簧垫片(4)分别与所述外隔圈(5)固定连接。
[0018]实施例二:
[0019]本实施例与实施例一基本相同特别之处如下:所述四个静永磁环(6)和四个动永磁环⑵均采用轴向磁化。所述四个静永磁环(6)和四个动永磁环(7)中相邻的两个同一规格永磁环采用堆叠放置，且磁极相反；静永磁环(6)和动永磁环(7)磁极相同，即均成斥力放置。所述的内圈(I)、外端盖(2)、内六角圆柱头螺栓(3)、外隔圈(5)和紧固盖⑶均由无磁材料制成。[0020]实施例三:
[0021]本实施例是:参见图1，本径向斥力永磁悬浮轴承包含一个内圈(1)、两个外端盖
(2)、若干个内六角圆柱头螺栓(3)和弹簧垫片(4)、一个外隔圈(5)、四个静永磁环(6)、四个动永磁环(7)、两个紧固盖(8)和两个陶瓷球组件(9);所述的四个动永磁环(7)套在内圈(1)上，轴向上由紧固盖⑶进行定位；所述的四个静永磁环(6)放置在外隔圈(5)内，由外端盖⑵进行轴向定位，两个外端盖⑵通过若干个内六角圆柱头螺栓⑶和弹簧垫片(4)固结在外隔圈(5)上，形成径向斥力永磁悬浮轴承的整体固定外圈；动永磁环(7)和静永磁环(6)中相邻两磁环均采用相向堆叠，而动永磁环(7)内置于静永磁环(6)内，磁环磁极方向相同，呈斥力型相套。
[0022]上述的径向永磁悬浮轴承的工作原理为:在轴向上，陶瓷球组件(9)主要用于对内圈转轴进行轴向辅助定位(相当于滚动轴承中的保持架将滚动体均匀隔开)，定位精度越高其所受的轴向磁力越小，径向斥力永磁悬浮轴承的摩擦力矩越小。同时，陶瓷球组件
(9)还可用来辅助承受轴向外载荷，轴向外载荷越大，径向斥力永磁悬浮轴承的摩擦力矩越大；在径向上，动永磁环(7)套在静永磁环(6)当中，且相套的两磁环极性方向相同，根据磁铁“同性相斥、异性相吸”的性质以及磁铁的四周和磁铁的四周可以相斥或者相吸的原理可知，当动永磁环(7)不承受径向外载荷时，静永磁环(6)对动永磁环(7)的斥力使其达到平衡，当动永磁环(7)在径向外载荷作用下在径向产生位移时，静永磁环(6)将会对动永磁环
(7)产生一个很大的斥力并迫使其恢复平衡状态；静永磁环(6)对动永磁环(7)的作用力主要用来承受径向外载荷，而起定位作用的陶瓷球组件(9)还可辅助承受轴向外载荷，故本实用新型主要利用径向磁悬浮力承受径向外载荷，又可利用陶瓷球组件辅助承受轴向外载荷，主要承受径向外载荷时是一个摩擦力矩很小的径向永磁悬浮轴承，辅助用来承受轴向外载荷时是一个摩擦力矩与陶瓷推力球轴承相当的推力球轴承。
[0023]参见图2，径向斥力永磁悬浮轴承结构简单可靠、减少了目前永磁悬浮轴承散件自行组装带来的不便，具有使用方便、摩擦力矩小、节能以及适应于大规模应用等优点。在实际应用中，用户主机厂家的工程技术人员选用径向斥力永磁悬浮轴承承受径向外载荷时只需知道内圈内径6外圈外径^和轴承宽度等轴承规格尺寸，就能像选用向心滚动轴承那样方便地将其设计到主机中进行使用，满足承受径向载荷的工业应用要求，而对于轴承制造厂家易于进行标准化、系列化生产。
【权利要求】
1.一种径向斥力永磁悬浮轴承，包括一个内圈(I)、两个外端盖(2)、一个外隔圈(5)、四个静永磁环(6)、四个动永磁环(7)以及用于固定外端盖(2)和外隔圈(5)的若干个内六角圆柱头螺栓(3)和弹簧垫片(4);其特征在于:所述的四个静永磁环(6)放置在外隔圈(5)中，由两个外端盖(2)来保持轴向定位；所述的四个动永磁环(7)套在内圈(I)上，由旋套在内圈⑴上的两个紧固盖⑶来保持轴向定位；内圈⑴上的两个紧固盖⑶与两个外端盖(2)之间分别放置一个一陶瓷球组件(9)来保持内圈(I)的轴向定位，以保证静永磁环(6)和动永磁环(7)的正中对置；动永磁环(7)和静永磁环(6)相套配置，并保持有效间隙；两个外端盖(2)通过若干内六角圆柱头螺栓(3)和弹簧垫片(4)分别与所述外隔圈(5)固定连接。
2.根据权利要求1所述的径向斥力永磁悬浮轴承，其特征在于:所述四个静永磁环(6)和四个动永磁环(7)均米用轴向磁化。
3.根据权利要求1所述的径向斥力永磁悬浮轴承，其特征在于:所述四个静永磁环(6)和四个动永磁环(7)中相邻的两个同一规格永磁环采用堆叠放置，且磁极相反；静永磁环(6)和动永磁环(7)磁极相同，即均成斥力放置。
4.根据权利要求1所述的径向斥力永磁悬浮轴承，其特征在于:所述的内圈(I)、外端盖(2)、内六角圆柱头螺栓(3)、外隔圈(5)和紧固盖(8)均由无磁材料制成。
【文档编号】F16C32/04GK203702863SQ201420000702
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】张钢, 张坚, 张海龙, 孟庆涛, 姜笑颖, 支汉立, 孙玉卓, 叶婷 申请人:上海大学