[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] 本发明提供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 环其中之一与一转动体固定连接以随所述转动 体转动， 所述外磁环与所述内磁 环之间具有间隙以允许两者之间的相对转动， 所述外磁环和内磁环构造成使得 所述外磁环与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， 所述外磁环和内磁环其中之一朝向所述外磁环 和内磁环其中另 一的一轴向侧具有一凹陷， 所述外磁环和内磁环其中另一朝向所述外磁环 和内 磁环其中之一延伸出一凸起， 所述凸起至少部分容置于所述凹陷内， 所述凹陷 与所述凸起之间形成所述间隙， 所述外磁环和内磁环在轴向上的充磁方向相反 ， 以使得所述外磁环的凹陷的内表面与所述内磁 环的凸起的外表面之间磁性相 反进而相互排斥。

[0008] 在一实施例中， 所述凹陷的内表面与所述凸起的外表面平行设 置。

[0009] 在一实施例中， 所述内表面为圆锥面， 所述外表面为圆锥面。

[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 环其中之一与所述转动体固定连接以随所述转 动体转动， 所述第二外磁环与所 述第二内磁环之间具有间隙以允许两者之间的 相对转动， 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。

[0011] 在一实施例中， 所述第一内磁环位于所述第一外磁环靠近所述 第二轴向位置的 一侧； 所述第二轴向位置的磁悬浮轴承设置为， 所述第二内磁环位于所述第二 外磁环靠近所述第一轴向位置的一侧。

[0012] 在一实施例中， 所述第一外磁环的充磁方向为轴向靠近所述第 二轴向位置的方 向， 所述第一内磁环的充磁方向为轴向远离所述第 二轴向位置的方向， 或者是 所述第一外磁环的充磁方向为轴向远离所述第 二轴向位置的方向， 所述第一内 磁环的充磁方向为轴向靠近所述第二轴向位置 的方向； 所述第二外磁环的充磁 方向为轴向远离所述第一轴向位置的方向， 所述第二内磁环的充磁方向为轴向 靠近所述第一轴向位置的方向， 或者是所述第二外磁环的充磁方向为轴向靠近 所述第一轴向位置的方向， 所述第二内磁环的充磁方向为轴向远离所述第 一轴 向位置的方向。

[0013] 在一实施例中， 所述第一内磁环位于所述第一外磁环远离所述 第二轴向位置的 一侧； 所述第二轴向位置的磁悬浮轴承设置为， 所述第二内磁环位于所述第二 外磁环远离所述第一轴向位置的一侧。

发明的有益效果

有益效果 [0014] 综上所述， 本发明提出一种永磁式磁悬浮轴承。 采用两个凹凸形状的磁环， 利 用磁性的同性相斥的特点， 对凹凸两个磁环进行充磁， 使得凹磁环对凸磁环同 吋产生径向和轴向的排斥力。 转动体上具有一间隔距离的第一轴向位置和第 二 轴向位置的磁悬浮轴承的凹磁环分别对凸磁环 产生作用力， 使得凸磁环或凹磁 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和磁环的凹凸面倾斜 的角度的大小决定。 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 而使得转动体整体悬浮起来， 无 任何接触， 实现无损耗转动。 具有以下优点：

[0015] 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；

[0016] 2.磁悬浮轴承对于转子旋转只有很小阻力， 利于节能；

[0017] ₃ .无需供电供油系统， 直接就运行， 方便快捷；

[0018] 4.适用于洁净要求很高的应用场合， 实现所谓绿色运行；

[0019] 5.可在恶劣的环境中使用。

对附图的简要说明

附图说明

[0020] 图 1为本发明的磁悬浮轴承一实施例的剖面结构� �意图。

[0021] 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

[0022] 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。

[0023] 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 转动体悬浮起来， 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。

[0024] 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 中之一与一转动体固定连接以随转动体转动。 外磁环与内磁环之间具有一间隙 以允许两者之间的相对转动， 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。

[0025] 在如图 1所示的实施例中， 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� ��

[0026] 本实施例中， 第一内磁环 14与转轴 10固定连接以随转轴 10转动， 第一外磁环 12 利用外物固定， 且第一外磁环 12与转轴 10之间具有一缝隙 20， 第一外磁环 12与 第一内磁环 14之间具有一间隙 22， 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与第一内磁环 14之间同吋产生一轴向推 力和一径向推力， 进而使得与第一内磁环 14固定连接的转轴 10悬浮起来。

[0027] 第二内磁环 18与转轴 10固定连接以随转轴 10转动， 第二外磁环 16利用外物固定 ， 且第二外磁环 16与转轴 10之间具有一缝隙 24， 第二外磁环 16与第二内磁环 18 之间具有一间隙 26， 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与第二内磁环 18之间同吋产生一轴向推力和一径向推 力， 进而使得与第二内磁环 18固定连接的转轴 10悬浮起来。

[0028] 外磁环和内磁环其中之一朝向外磁环和内磁环 其中另一的一轴向侧具有一凹陷 ， 外磁环和内磁环其中另一朝向外磁环和内磁环 其中之一延伸出一凸起， 所述 凸起至少部分容置于所述凹陷内。 所述凹陷与所述凸起之间形成所述间隙， 所 述凹陷的内表面与所述凸起的外表面平行设置 。 所述凹陷的内表面可以为圆锥 面， 所述凸起的外表面也可以为圆锥面。

[0029] 在所示的实施例中， 第一外磁环 12朝向第一内磁环 14的轴向侧具有一第一凹陷 28， 第一内磁环 14朝向第一外磁环 12延伸出用以与第一凹陷 28配合的第一凸起 3 0， 第一凸起 30的前端部分容置于第一凹陷 28内。 应当理解的是， 在其他实施例 中， 根据磁悬浮轴承的实际设计需要， 也可以将第一凸起 30全部容置于第一凹 陷 28内， 本发明不对此限定。 为了使得第一外磁环 12与第一内磁环 14相互之间 更好地产生磁性作用， 第一凹陷 28的内表面设置为圆锥面， 第一凸起 30的外表 面也设置为圆锥面， 且第一凹陷 28的内表面与第一凸起 30的外表面平行设置。

[0030] 应当注意的是， 在上述实施例中， 第一凹陷 28设置在第一外磁环 12上， 第一凸 起 30设置在第一内磁环 14上， 但本发明不对此限定， 在其他实施例中， 也可以 设置成在第一外磁环 12上设置凸起， 在第一内磁环 14上设置凹陷。

[0031] 也应当理解的是， 上述将第一凹陷 28的内表面和第一凸起 30的外表面设置为圆 锥面并且将所述内表面和外表面平行设置仅为 例示性， 在其他实施例中， 根据 具体设计需求， 第一凹陷 28的内表面和第一凸起 30的外表面也可以设计为其他 形状， 例如弧形表面， 同吋， 第一凹陷 28的内表面和第一凸起 30的外表面可以 设计成具有一定角度， 只要满足第一外磁环 12与第一内磁环 14之间同吋产生一 轴向推力和一径向推力及其它相关要求即可。

[0032] 第二外磁环 16朝向第二内磁环 18的轴向侧具有一第二凹陷 32， 第二内磁环 18朝 向第二外磁环 16延伸出用以与第二凹陷 32配合的第二凸起 34， 第二凸起 34的前 端部分容置于第二凹陷 32内。 应当理解的是， 在其他实施例中， 根据磁悬浮轴 承的实际设计需要， 也可以将第二凸起 34全部容置于第二凹陷 32内， 本发明不 对此限定。 为了使得第二外磁环 16与第二内磁环 18相互之间更好地产生磁性作 用， 第二凹陷 32的内表面设置为圆锥面， 第二凸起 34的外表面也设置为圆锥面 ， 且第二凹陷 32的内表面与第二凸起 34的外表面平行设置。

[0033] 应当注意的是， 在上述实施例中， 第二凹陷 32设置在第二外磁环 16上， 第二凸 起 34设置在第二内磁环 18上， 但本发明不对此限定， 在其他实施例中， 也可以 设置成在第二外磁环 16上设置凸起， 在第二内磁环 18上设置凹陷。

[0034] 也应当理解的是， 上述将第二凹陷 32的内表面和第二凸起 34的外表面设置为圆 锥面并且将所述内表面和外表面平行设置仅为 例示性， 在其他实施例中， 根据 具体设计需求， 第二凹陷 32的内表面和第二凸起 34的外表面也可以设计为其他 形状， 例如弧形表面， 同吋， 第二凹陷 32的内表面和第二凸起 34的外表面可以 设计成具有一定角度， 只要满足第二外磁环 16与第二内磁环 18之间同吋产生一 轴向推力和一径向推力及其它相关要求即可。

[0035] 在所示的实施例中， 第一凹陷 28的内表面与第一凸起 30的外表面平行设置， 第 二凹陷 32的内表面与第二凸起 34的外表面平行设置。 外磁环和内磁环在轴向上 的充磁方向相反， 以使得外磁环的凹陷的内表面与内磁环的凸起 的外表面之间 磁性相反进而相互排斥。 具体而言， 外磁环和内磁环在轴向上的充磁方向相反 ， 以使得外磁环的凹陷的内表面与内磁环的凸起 的外表面之间磁性相反， 进而 相互排斥。 外磁环对内磁环的排斥力的方向为自外磁环的 外表面朝向内磁环的 内表面并垂直内磁环的外表面的方向， 该排斥力可以分解成在轴向上自外磁环 朝向内磁环的方向的轴向推力以及朝向转轴的 径向向内的推力。 其中， 朝向转 轴的径向向内的推力使得转轴可以悬浮起来。

[0036] 本实施例中， 安装于所述第一轴向位置的磁环设置为， 第一内磁环 14位于第一 外磁环 12靠近所述第二轴向位置的一侧； 安装于所述第二轴向位置的磁环设置 为， 第二内磁环 18位于第二外磁环 16靠近所述第一轴向位置的一侧。

[0037] 磁环的充磁方向为， 第一外磁环 12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， 第一内磁环 14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； 第二外磁环 16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， 第二内磁环 18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。 应当理解的是， 在其他实施例中， 磁环的充磁方向也可以为， 第一 外磁环 12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， 第一内 磁环 14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； 第二外磁 环 16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， 第二内磁环 1 8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。

[0038] 应当注意的是， 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， 安装于所述第一轴向位置的磁环设置为， 第一内磁环 14位于 第一外磁环 12远离所述第二轴向位置的一侧； 安装于所述第二轴向位置的磁环 设置为， 第二内磁环 18位于第二外磁环 16远离所述第一轴向位置的一侧。

[0039] 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 [0040] 凹陷的内表面或者凸起的外表面与转轴 10之间形成一倾斜角度， 转轴 10所需的 轴向力和径向力大小由磁环的磁场大小和所述 倾斜角度的大小决定的。 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 尺寸形状及所述倾斜角度大小， 从而达到调整磁场强度的作用， 让转轴 10更稳 定的运行。

[0041] 在图 2所示的实施例中， 所述转动体为一轴套 36， 所述永磁式磁悬浮轴承包括 容置于轴套 36内的、 位于轴套 36的第一轴向位置的第一外磁环 38和第一内磁环 4 0以及位于轴套 36的第二轴向位置的第二外磁环 42和第二内磁环 44， 其中轴套 36 的第一轴向位置和第二轴向位置间隔一距离。

[0042] 与图 1所示的实施例不同的是， 本实施例中， 第一外磁环 38与轴套 36的内壁固 定连接以随轴套 36转动， 第一内磁环 40利用外物固定； 第二外磁环 42与轴套 36 的内壁固定连接以随轴套 36转动， 第二内磁环 44利用外物固定。 其他例如磁环 的排布方式、 凹陷、 凸起的设计以及磁环的充磁方向与图 1所示的实施例类似， 在此不再赘述。

[0043] 综上所述， 本发明提出一种永磁式磁悬浮轴承。 采用两个凹凸形状的磁环， 利 用磁性的同性相斥的特点， 对凹凸两个磁环进行充磁， 使得凹磁环对凸磁环同 吋产生径向和轴向的排斥力。 转动体上具有一间隔距离的第一轴向位置和第 二 轴向位置的磁悬浮轴承的凹磁环分别对凸磁环 产生作用力， 使得凸磁环或凹磁 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和磁环的凹凸面倾斜 的角度的大小决定。 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 而使得转动体整体悬浮起来， 无 任何接触， 实现无损耗转动。 具有以下优点： [0044] 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；

[0045] 2.磁悬浮轴承对于转子旋转只有很小阻力， 利于节能；

[0046] 3.无需供电供油系统， 直接就运行， 方便快捷；

[0047] 4.适用于洁净要求很高的应用场合， 实现所谓绿色运行；

[0048] 5.可在恶劣的环境中使用。

[0049] 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。