技术领域

[0001] 本发明涉及一种轴承， 特别涉及一种永磁式磁悬浮轴承。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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吋也会产生轴向偏 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。

[0004] 因此， 如何解决磁悬浮轴承在运转吋发生轴向偏移是 本领域技术人员亟待解决 的问题。

技术问题

[0005] 有鉴于此， 本发明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 问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 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 内磁环之间同吋产生一轴向推力 和一径向推力。

[0007] 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。

[0008] 在一实施例中， 所述外磁环和内磁环的宽度相同。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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。

[0014] 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。

发明的有益效果

有益效果

[0015] 综上所述， 本发明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 吋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， 同吋对 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。 本发明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：

[0016] 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；

[0017] 2.磁悬浮轴承对于转子旋转只有很小阻力， 利于节能；

[0018] 3.无需供电供油系统， 直接就运行， 方便快捷；

[0019] 4.适用于洁净要求很高的应用场合， 实现所谓绿色运行；

[0020] 5.可在恶劣的环境中使用。

对附图的简要说明

附图说明

[0021] 图 1为本发明的磁悬浮轴承一实施例的剖面结构� �意图。

[0022] 图 2为本发明的磁悬浮轴承另一实施例的剖面结� �示意图。

本发明的实施方式

[0023] 在详细描述实施例之前， 应该理解的是， 本发明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。 本发明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 "吋， 本发明并不限定该元 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， 并不对本发明进行限制。

[0024] 本发明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。

[0025] 本发明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吋产生 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。 [0026] 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。

[0027] 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之间同吋产生一轴向推力和一径向推力。

[0028] 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� ��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 3 2。 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。

[0029] 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。

[0030] 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， 但这仅为本发明的优选实施方式， 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。

[0031] 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之间同吋产生一轴向推力和一径向推力。

[0032] 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� ��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 4 6。 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。

[0033] 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。

[0034] 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， 但这仅为本发明的优选实施方式， 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。

[0035] 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。 [0036] 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。

[0037] 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。

[0038] 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。

[0039] 应当理解的是， 上述实施例中的充磁方向仅为例示性， 本发明不对此限定， 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。

[0040] 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。

[0041] 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。 但这仅为本发明的优选实施方式， 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

[0042] 转轴 10所需的轴向力和径向力大小由各磁环的磁场� ��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。

[0043] 应当注意的是， 在上述实施例中， 转动体为转轴 10， 但本发明不对此限定。 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， 此吋， 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。

[0044] 综上所述， 本发明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 吋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 到悬浮的效果同吋对转轴进行轴 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。 本发明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：

[0045] 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；

[0046] 2.磁悬浮轴承对于转子旋转只有很小阻力， 利于节能；

[0047] ₃ .无需供电供油系统， 直接就运行， 方便快捷；

[0048] 4.适用于洁净要求很高的应用场合， 实现所谓绿色运行；

[0049] 5.可在恶劣的环境中使用。

[0050] 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 幵的具体实施例应被视为例示性而不是限制性 的。 因此， 本发明的范围是由所 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。