外转式永磁定向悬浮轴承

摘要

一种外转式永磁定向悬浮轴承，包括由内悬浮圈、外悬浮圈、悬臂辊组成，内悬浮圈和外悬浮圈的环槽壁、侧磁瓦、环磁瓦及嵌体的厚度相等，且同性磁极环磁对应，其斥悬浮力将内悬浮圈悬在外悬浮圈的中央，两者之间设有气隙。悬臂辊的作用是对外悬浮圈进行轴向限位，使之只能转动和沿径向变化悬浮气隙而不能沿轴向串动。当外悬浮圈转动时，悬臂辊跟着转动，因径向悬浮力远大于轴向限位力，所以悬臂辊的转动摩擦力很小。

权利要求

1.一种外转式永磁定向悬浮轴承，包括内悬浮圈、外悬浮圈、限位悬臂辊，其中：

内悬浮圈的中央为轴孔，内悬浮圈设置在外悬浮圈的内圈，两者之间设有悬浮气隙；

若干个辊座间隔相等地固定在内悬浮圈的两侧面上，各辊座固定有一辊轴，限位悬臂辊可转动地设置在辊轴上，各限位悬臂辊与外悬浮圈的侧面接触，将外悬浮圈轴向限制在与内悬浮圈平行对正的位置上；

内悬浮圈的外圈缘设有内环形槽，内环形槽的槽口朝向圆心的外侧，外悬浮圈的内圈缘设有外环形槽，外环形槽的槽口朝向圆心的内侧，且两个槽口内均并列镶嵌有至少两排直径相等的环磁瓦，相邻两排环磁瓦的N极环和S极环须相间隔排列，其中一排环磁瓦的S极朝向槽口，另一排环磁瓦的N极朝向槽口，同一槽口内并列的两排环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体，两排环磁瓦之间的非铁磁性嵌体的厚度相等；内环形槽的槽口内的环磁瓦和外环形槽的槽口内的环磁瓦为同极相对，彼此之间产生斥力；

在内环形槽的两侧槽壁与环磁瓦之间分别设有侧磁瓦；在外环形槽的两侧槽壁与环磁瓦之间分别设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与各自接触的环磁瓦的磁化方向垂直，S极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦N极朝向槽壁；N极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦S极朝向槽壁；

内悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、非铁磁性嵌体厚度与对应的外悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、非铁磁性嵌体厚度相等。

2.如权利要求1所述的外转式永磁定向悬浮轴承，其中，环磁瓦和侧磁瓦为钕铁硼制成。

3.如权利要求1所述的外转式永磁定向悬浮轴承，其中，悬臂辊、辊座、辊轴及非铁磁性嵌体为铝合金制成。

4.如权利要求1所述的外转式永磁定向悬浮轴承，其中，内悬浮圈和外悬浮圈为碳钢制成。

说明书

外转式永磁定向悬浮轴承

技术领域

[0001] 本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种外转式永磁定向悬浮轴承。

背景技术

[0002] 永磁悬浮轴承因无磨损、功率损耗低、力学缓冲效果好，而受到业内的欢迎，又因永磁悬浮轴承在工作过程中需要电磁及其微机控制系统协助工作，而增加了设备的复杂程度，降低了工作的可靠性，所以限制了其工业用途。例如：《一种机械-永磁悬浮复合轴》(专利号：200410097928.2)。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种外转式永磁定向悬浮轴承。本发明的外环转动而内环固定，在转动轴的主压力方向无磨损、无功率损耗、力学缓冲效果好，其工作安全可靠，轴承非工作面漏磁(Br)≤1％。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供的外转式永磁定向悬浮轴承，主要由内悬浮圈、外悬浮圈、悬臂辊组成，其中：

[0005] 内悬浮圈的中央为轴孔，内悬浮圈设置在外悬浮圈的内圈，两者之间设有悬浮气隙；

[0006] 若干个辊座间隔相等地固定在内悬浮圈的两侧面上，各辊座固定有一辊轴，悬臂辊可转动地设置在辊轴上，各悬臂辊与外悬浮圈的侧面接触，将外悬浮圈轴向限制在与内悬浮圈平行对正的位置上；

[0007] 内悬浮圈的外圈缘设有内环形槽，外悬浮圈的内圈缘设有外环形槽，且两个槽口内均并列镶嵌有至少两排环磁瓦，其中一排环磁瓦的S极朝向槽口，另一排环磁瓦的N极朝向槽口，同一槽口内并列的两排环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体；内环形槽的槽口内的环磁瓦和外环形槽的槽口内的环磁瓦为同极相对，彼此之间产生斥力；

[0008] 两个环磁瓦分别与其相邻的侧面槽壁之间设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与各自接触的环磁瓦的磁化方向垂直，S极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦N极朝向槽壁；N极朝向槽口的环磁瓦一侧的侧磁瓦S极朝向槽壁；

[0009] 内悬浮圈和外悬浮圈的槽壁、侧磁瓦、环磁瓦、非铁磁性嵌体其厚度相等。

[0010] 本发明在轴的主压力方向采用永磁悬浮以做到无磨损、无功率损耗、力学缓冲效果好；在与轴主压力垂直的侧向，采用限位辊限位，在保证永磁悬浮轴承内、外环对正的同时，也因发生了辊动接触而消耗了少量功率，但与轴的主压力直接作用到机械轴承上相比，可减少功率损耗90％，同时也极大地提高了永磁悬浮轴承工作的可靠性，利于在工业上广泛应用。同时，由于本发明由外悬浮圈转动而提供动力输出，在高转速下外悬浮圈环形槽的环磁瓦所受的离心力由外悬浮圈的槽底所承受，因此适合用于转速要求较高的设备中。

附图说明

[0011] 图1为外转式永磁定向悬浮轴承正面示意图

[0012] 图2为图1B-B剖面示意图

[0013] 图3为图2A-A剖面示意图

[0014] 图4为外转式永磁定向悬浮轴承安装方式示意图

[0015] 图5为图4C-C剖面示意图具体实施例

[0016] 本发明由内悬浮圈、外悬浮圈、悬臂辊限位总成三部分构成。其中：内悬浮圈部分：由内环形槽、内环永磁瓦、非铁磁性嵌体三部分构成。内环形槽的槽口朝向圆心的外侧，槽底围成轴孔，由铁磁性材料(比如但不限于碳钢)制造。内环形槽的槽口内并排地排列有至少两排环磁瓦，形成环绕槽口的内环永磁瓦。其中一排环磁瓦为N极朝向槽口，另一排环磁瓦为S极朝向槽口，两排环磁瓦之间设有非铁磁性嵌体环，其厚度0.5-3毫米，以1毫米为佳，其作用是既减少轴向斥力，又对径向斥悬浮力不产生大的影响。在内环形槽的两侧槽壁与环磁瓦之间分别设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与环磁垂直，当环磁瓦的N极朝向槽口时，侧磁瓦的N极朝向环磁瓦的N极，侧磁瓦的S极朝向内环形槽的槽壁；当环磁瓦的S极朝向槽口时，侧磁瓦的S极向环磁瓦的S极，侧磁瓦的N极向内环形槽的槽壁，以提高环磁的悬浮力。环磁瓦和侧磁瓦由硬磁材料(比如但不限于钕铁硼)制造，其体积大小视永磁悬浮轴承所需悬浮力大小而定，其计算公式是公知的，也可用市售商业软件求解，故不详述。非铁磁性嵌体由非铁磁性金属(比如但不限于铝合金)制造。当对永磁悬浮轴承的悬浮力有较大的要求时，也可在内环形槽和外环形槽的槽口内增加相同数量的环磁瓦的环数来满足要求，但N极环与S极环须相间隔排列，两环永磁体之间的非铁磁性嵌体的厚度要相等。

[0017] 外悬浮圈部分：由外环形槽、外环永磁瓦、非铁磁性嵌体三部分构成。外环形槽的槽口向圆心的内侧，槽底围成外缘，由铁磁性材料(比如但不限于碳钢)制造。外环形槽的槽口内并排地排列有与内环形槽相同数量的环磁瓦，形成环绕槽口的外环永磁瓦。其中一排环磁瓦为N极朝向槽口，另一排环磁瓦为S极朝向槽口，在N极环与S极环之间设有非铁磁性嵌体，其厚度0.5-3毫米，以1毫米为佳。其作用是，既减小轴向斥力，又对径向斥悬浮力不产生大的影响。在外环槽壁与环磁瓦之间设有侧磁瓦，侧磁瓦的磁化方向与环磁瓦的磁化方向垂直。当环磁瓦的N极朝向槽口时，侧磁瓦的N极向N极环磁瓦，侧磁瓦的S极向外环槽壁；当环磁瓦的S极朝向槽口时，侧磁瓦的S极向S极环磁瓦，侧磁瓦的N极向外环槽壁，以提高环磁的悬浮力。环磁瓦和侧磁瓦由硬磁材料(比如但不限于钕铁硼)制造。其体积大小视永磁悬浮轴承所需的悬浮力大小而定，其计算公式是公知的，也可用市售商业软件求解，故不详述。非铁磁性嵌体由非铁磁性金属(比如但不限于铝合金)制造。

[0018] 限位悬臂辊总成部分：由悬臂辊和辊座两部分构成。悬臂辊通过辊轴与辊座相连结。辊座固定在内悬浮圈的内环形槽上，悬臂辊的辊轴指向圆心。两侧悬臂辊对应安装，将外悬浮圈限制在两侧悬臂辊的中央。使外悬浮圈只能转动和沿径向变化悬浮气隙(移动)，不能沿轴向串动。悬臂辊、辊座、辊轴由金属比如但不限于铝合金制造。

[0019] 外转式永磁定向悬浮轴承的工作原理是，内悬浮圈的环槽壁、侧磁瓦、N极磁瓦、嵌体、S极磁瓦的厚度与对应的外悬浮圈的环槽壁、侧磁瓦、N极磁瓦、嵌体、S极磁瓦的厚度严格相等。且同性磁极环磁对应，其斥悬浮力将内悬浮圈悬在外悬浮圈的中央，两者之间气隙可视实际工程需求而定。当无特殊要求时可定在4-20毫米之间，以10毫米为佳。悬臂辊的作用是对外悬浮圈进行轴向限位，使之只能转动和沿径向变化悬浮气隙[0020] (以适应不同的轴压)，不能沿轴向串动。当外悬浮圈转动时，限位悬臂辊跟着转动，因径向悬浮力远大于轴向限位力，所以限位辊的转动摩擦力很小，与同型号辊珠轴承相比可节能90％，使用寿命至少长2倍。

[0021] 以下所述内容是结合附图对本发明进行的详细说明，而不应被理解为是对本发明的限定。

[0022] 请参见图1，内悬浮圈1设置在外悬浮圈2的中央，两者之间设有10毫米悬浮气隙3，内悬浮圈1的中央为轴孔4，限位悬臂辊总成5通过螺栓固定在内悬浮圈1上。限位悬臂辊总成5由辊座5a、悬臂辊5b构成。悬臂辊5b通过辊轴5b’与辊座5a连结固定。请参见图2，悬臂辊总成5固定在内悬浮圈1的两侧面上，辊座5a的悬臂端不与外悬浮圈2接触(两者之间设有微小的气隙)以避免两者之间发生摩擦。只有悬臂辊5b与外悬浮圈2辊动接触。悬臂辊5b将外悬浮圈2限制在与内悬浮圈1平行对正的设计位置上，即轴向限位，使其只能转动和沿径向发生气隙变化(移动)。从图2中还可以看出，内悬浮圈1的内环形槽1a与外悬浮圈2的外环形槽2a的槽口相对应。内环形槽1a内的中央镶嵌有S极与N极环磁瓦1c，在两者之间设有非铁磁性嵌体1d。在内环形槽1a的槽壁1a’与S极和N极环磁瓦1c之间设有侧磁瓦1b。侧磁瓦1b的磁化方向与环磁瓦1c的磁化方向垂直，当环磁瓦1c的S极朝向槽口时，侧磁瓦1b的S极朝向S极环磁瓦1c，侧磁瓦1b的N极朝向槽壁1a’；当环磁瓦1c的N极朝向槽口时，侧磁瓦1b的N极朝向N极环磁瓦1c，侧磁瓦1b的S极朝向槽壁1a，。外环形槽2a内的中央镶嵌有S极与N极环磁瓦2c，在两者之间设有非铁磁性嵌体2d。在外环形槽2a的槽壁2a’与S极和N极环磁瓦2c之间设有侧磁瓦2b，侧磁瓦2b的磁化方向与环磁瓦2c的磁化方向垂直；当环磁瓦2c的S极朝向槽口时，侧磁瓦2b的S极朝向S极环磁瓦2c，侧磁瓦2b的N极朝向槽壁2a’；当环磁瓦2c的N极朝向槽口时，侧磁瓦2b的N极朝向N极环磁瓦2c，侧磁瓦的S极朝向槽壁2a’。内悬浮圈1的槽壁1a’、侧磁瓦1b、环磁瓦1c、非铁磁性嵌体1d与外悬浮圈2的槽壁2a’、侧磁瓦2b、环磁瓦2c、非铁磁性嵌体2d相对应，其厚度相等。请参见图3，内、外悬浮圈的环磁瓦(1c、2c)同极相对，彼此之间产生斥力。由图3还可以看出环磁瓦(1c、2c)、侧磁瓦(1b、2b)、非铁磁性嵌体(1d、2d)是连续布置的。请参见图4、图5，外转式永磁定向悬浮轴承6安装在转轮8上，通过的轮轴9固定在结构架7上。

[0023] 使用本发明的优点为主受力方向无磨损、力学缓冲效果好、工作安全可靠、使用寿命长、比辊动珠轴承节能90％。