專利名稱：磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，該系統(tǒng)是利用大小不等的 瓷塊粘接之后形成的梯形臺階，對普通磁環(huán)邊緣進行軸向徑向擠壓，實現(xiàn)軸承定 子對軸承轉(zhuǎn)子的徑向軸向懸浮，成為永磁磁懸浮軸承。為了提高軸承懸浮力的剛 性，還可以把部分永磁塊替換成電磁鐵，成為電磁永磁混合磁懸浮軸承。被懸浮 起來軸承轉(zhuǎn)軸上可以附載電機、鼓風機、壓縮機、渦輪機、泵、水輪機、風扇、 旋轉(zhuǎn)門、光盤、電腦硬盤、水表及電表等需要旋轉(zhuǎn)傳動設備的旋轉(zhuǎn)部分，成為磁 懸浮轉(zhuǎn)軸一體機。屬于磁懸浮技術領域。
背景技術：
目前，傳統(tǒng)的磁懸浮軸承大多數(shù)不能實現(xiàn)全磁懸浮運轉(zhuǎn)。普通軸承由于需要 對滾珠進行摩擦，所以轉(zhuǎn)速嚴重受限。軸承已成為許多技術發(fā)展的瓶頸。為了提 高軸承的轉(zhuǎn)速，就必須使軸承旋轉(zhuǎn)部分與固定部分完全分離，使軸承旋轉(zhuǎn)部分徹 底懸浮起來。我們經(jīng)過長時間技術攻關，最終使軸承的旋轉(zhuǎn)部分找到了有力徑向 軸向懸浮支撐，實現(xiàn)了真正意義上的轉(zhuǎn)子磁懸浮。由于是利用永磁材料進行磁懸 浮，所以轉(zhuǎn)軸吸附起來之后與定子永遠不會接觸。另外還可以增加電磁鐵或用電 磁鐵替代部分永磁塊，以提高軸承的懸浮剛性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服普通滾動軸承不能適應高轉(zhuǎn)速要求和現(xiàn)有的磁懸浮軸承不能實現(xiàn)全 懸浮高剛性的問題，本發(fā)明提供一種可將軸承旋轉(zhuǎn)部分完全懸浮起來的磁懸浮軸 承，可以實現(xiàn)上下磁力不對稱抗偏心和強磁力抗偏心磁懸浮。該設備在整體翻轉(zhuǎn) 時仍然可以保證轉(zhuǎn)子在全磁懸浮狀態(tài)下運轉(zhuǎn)，是一種適應動態(tài)設備如飛機上的磁 懸浮軸承。
本發(fā)明原理解決的問題所采用的技術方案是將兩個大小不等的瓷塊粘接在 一起，使其與磁環(huán)邊緣的擠壓端成為梯形直角面(也可以不是直角)，小磁塊的底 邊比擠壓邊長，使其整個磁塊形成一個向內(nèi)凸出的斜面，磁塊充磁方向相同且為 徑向充磁。將多個磁塊極性全部向內(nèi)安裝在一個軸承套內(nèi)，下面就形成一個內(nèi)小 外大的喇叭口，固定擠壓面就成為一個有臺階的環(huán)套。兩個懸浮磁環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸 上，被擠壓在有臺階的環(huán)套中間，兩邊多個磁塊與兩個磁環(huán)軸向面相對的部分實 現(xiàn)對兩個懸浮磁環(huán)軸向懸??；兩邊多個磁塊與懸浮磁環(huán)外側(cè)的同極部分相互擠壓， 實現(xiàn)懸浮磁環(huán)徑向穩(wěn)定。這樣懸浮磁環(huán)就能夠獲得均衡的軸向徑向懸浮力，帶動 轉(zhuǎn)軸完全懸浮起來，成為全磁懸浮軸承。
經(jīng)過試驗，我們知道普通軸向充磁磁環(huán)N極和S極端面的環(huán)外側(cè)和環(huán)內(nèi)側(cè)的 近端部分都呈現(xiàn)與端面相同的極性，而且呈環(huán)形連續(xù)狀態(tài)，每一個極環(huán)形磁場的 高度約為磁環(huán)高度的二分之一。這樣我們就獲得了一個徑向封閉環(huán)形磁場，用方
3向為徑向排列的磁塊對旋轉(zhuǎn)磁環(huán)同極部分進行環(huán)形對稱徑向擠壓，旋轉(zhuǎn)磁環(huán)就可 以獲得一個連續(xù)的徑向懸浮力；再配合一個對的旋轉(zhuǎn)磁環(huán)軸向懸浮力，兩個對稱 旋轉(zhuǎn)磁環(huán)就獲得強有力的徑向軸向懸浮支持。由于磁環(huán)內(nèi)側(cè)和外側(cè)都有相同的情 況，所以固定懸浮磁塊也可以安裝在磁環(huán)的內(nèi)側(cè)面，以適應外旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的要求。
同時我們還發(fā)現(xiàn)，永磁體產(chǎn)生的磁場隨時會在一定范圍進行變化，而且?guī)缀?沒有規(guī)律。兩個極性相對的磁場之間產(chǎn)生這種變化，就會導致軸向懸浮時磁力必 然會偏向一邊。這種偏心力會加大一邊的徑向張力。由于其存在不確定性，這種 張力方向是隨機任意方向。在此時軸向張力越大，軸承徑向的可承載力越小。所 以該磁懸浮軸承存在軸向載荷與徑向載荷成反比的現(xiàn)象。根據(jù)此現(xiàn)象建立數(shù)學模 型，將對大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)運用磁懸浮軸承具有重大意義。
其中上述粘接磁塊也可以由整體磁塊構(gòu)成。磁塊的梯形徑向軸向擠壓面可以 與磁環(huán)邊緣的擠壓面平行，也可以存在夾角。梯形磁塊向內(nèi)凸出斜面與轉(zhuǎn)軸平行 線之間存在夾角，該夾角不限。另外該磁塊還可以改變成徑向懸浮磁塊和軸向懸 浮磁塊徹底分離的兩部分，軸向懸浮磁塊固定在軸承套內(nèi)與旋轉(zhuǎn)磁環(huán)極性相對， 實現(xiàn)軸向懸浮。也可以由磁環(huán)替代軸向懸浮磁塊固定在軸承套內(nèi)，實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)磁 環(huán)的軸向懸浮。
為了提高軸承的剛性和穩(wěn)定性，我們還可以用電磁鐵部分或全部取代固定部 分的永磁塊，使其成為電磁永磁混合磁懸浮軸承。
旋轉(zhuǎn)磁環(huán)在被懸浮之后可以帶動轉(zhuǎn)軸懸浮起來，轉(zhuǎn)軸可以帶動電機、鼓風機、 壓縮機、渦輪機、泵、水輪機、風扇、旋轉(zhuǎn)門、光盤、電腦硬盤、水表及電表等 設備的旋轉(zhuǎn)部分懸浮起來，成為具有磁懸浮功能的一體機。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 圖l是本發(fā)明的徑向粘接梯形磁塊磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖2是本發(fā)明的徑向粘接梯形磁塊磁懸浮軸承的軸向構(gòu)造圖。 圖3是本發(fā)明的分體軸向徑向懸浮磁塊磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖4是本發(fā)明的具有軸向斜面擠壓結(jié)構(gòu)磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖5是本發(fā)明的抗徑向偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。. 圖6是本發(fā)明的徑向抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖7是本發(fā)明的電磁永磁混合磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖8是本發(fā)明的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸一體機的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖9是本發(fā)明的立式高軸向載荷磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸一體機的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖IO是本發(fā)明的軸向磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖11是本發(fā)明的簡化磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸風扇一體機的徑向剖面構(gòu)造圖。 圖12是本發(fā)明的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸風力發(fā)電機一體機的徑向剖面構(gòu)造圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
圖1中，轉(zhuǎn)軸l，浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2，徑向懸浮磁塊3，軸向懸浮磁塊4，機械 軸承5，機械限位套6，軸承套7。徑向懸浮磁塊3和軸向懸浮磁塊4粘接在一起 (軸向懸浮磁塊4的磁場方向也為徑向)，磁塊4的底邊比擠壓邊長，整個磁塊形 成一個向內(nèi)凸出的斜面，使磁塊呈梯形結(jié)構(gòu)。將多個粘接磁塊3和4極性全部向 內(nèi)安裝在軸承套7內(nèi)，下面就形成一個內(nèi)小外大的喇叭口，固定擠壓面就成為有 臺階的環(huán)套。環(huán)套的徑向懸浮磁塊3對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2外側(cè)的同極部分進行 擠壓，實現(xiàn)對磁環(huán)的徑向懸浮；環(huán)套上的徑向充磁的軸向懸浮磁塊4對兩個浮動 旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生軸向懸浮力。轉(zhuǎn)軸1穿過軸套中心與兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2相互連 接固定，這樣就組成了磁懸浮軸承。轉(zhuǎn)軸1上還固定有機械軸承，與軸承套上的 限位套一起組成抗震結(jié)構(gòu)。
圖2是本發(fā)明的徑向粘接梯形磁塊磁懸浮軸承的軸向構(gòu)造圖。其中徑向擠壓磁 塊3和軸向擠壓磁塊4均勻的排列在軸承套內(nèi)，固定著兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2的轉(zhuǎn)軸1 懸浮在中間。
圖3是本發(fā)明的分體軸向徑向懸浮磁塊磁懸浮軸承。其中兩邊多個對稱徑向懸 浮磁塊3對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2外側(cè)的同極部分進行擠壓，實現(xiàn)對磁環(huán)的徑向懸??； 多個對稱排列的軸向懸浮磁塊4固定在軸承套內(nèi)，與兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2進行軸向 擠壓，實現(xiàn)軸向懸浮。此時軸向懸浮磁塊4還可以由整體磁環(huán)取代。其余結(jié)構(gòu)與圖 l相同。這樣就實現(xiàn)了軸向徑向磁懸浮。
圖4是本發(fā)明的具有軸向斜面擠壓結(jié)構(gòu)磁懸浮軸承。其中兩個軸向擠壓磁環(huán)4 與兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2的軸向擠壓面為斜面，其他結(jié)構(gòu)與圖3相同。
圖5是本發(fā)明的抗徑向偏心磁懸浮軸承。其中軸承為臥式放置，多個徑向充 磁的整體磁塊3對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生軸向徑向懸浮力。在兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁 環(huán)2外側(cè)下部還安裝有對同極部分實施徑向懸浮磁塊7，抵消過多轉(zhuǎn)軸重量，實現(xiàn) 徑向抗偏心。兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2固定在轉(zhuǎn)軸1上。
圖6是本發(fā)明的另一種徑向抗偏心磁懸浮軸承。其中軸承為臥式放置，多個 徑向充磁的整體磁塊3對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生軸向徑向懸浮力。在徑向充磁 的整體磁塊3的同側(cè)下部安裝有多個對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生向上懸浮力徑向 充磁懸浮磁塊5，抵消轉(zhuǎn)軸的徑向重量。兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2固定在轉(zhuǎn)軸1上。
圖7是本發(fā)明的電磁永磁混合磁懸浮軸承。其中多個徑向充磁的整體磁塊3 對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生軸向徑向懸浮力。在兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2的軸向另外 一側(cè)，多個徑向懸浮電磁鐵7對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2外側(cè)的同極部分進行徑向磁 懸浮，多個軸向懸浮電磁鐵8兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2進行軸向磁懸浮，兩個浮動旋 轉(zhuǎn)磁環(huán)2固定在轉(zhuǎn)軸1上。電磁鐵7和8還可以安裝在整體磁塊3的同側(cè)，或替 代部分整體磁塊3。
圖8是本發(fā)明的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸一體機。其中多個徑向充磁的整體磁塊3對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生軸向徑向懸浮力。兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2固定在轉(zhuǎn)軸1上， 轉(zhuǎn)軸1帶動轉(zhuǎn)軸附件5懸浮起來，該附件5可以是電機、鼓風機、壓縮機、泵、 渦輪機、汽輪機、風扇、光盤、電腦硬盤、水表及電表等需要旋轉(zhuǎn)傳動設備的旋 轉(zhuǎn)部分，使旋轉(zhuǎn)部分與固定結(jié)構(gòu)完全脫離接觸，成為具有磁懸浮功能的一體機。
圖9是本發(fā)明的立式高軸向載荷磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸一體機。其中上下多個徑向 充磁的整體磁塊3對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2軸向懸浮力全部向上，以抵消轉(zhuǎn)軸1上 附件較大軸向重量。該附件可以是水輪機、旋轉(zhuǎn)門、大型立式渦輪機、汽輪機等 有立式要求大型設備的旋轉(zhuǎn)部分。成為水輪機、旋轉(zhuǎn)門、渦輪機、電機、鼓風機、 汽輪機等設備的旋轉(zhuǎn)部分懸浮起來，成為具有磁懸浮功能的一體機。
圖IO是本發(fā)明的軸向磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。其中多個徑向充磁的整 體磁塊3對一個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)2產(chǎn)生軸向徑向懸浮力。軸承下部由限位機械軸承 固定，在無軸向載荷時不能懸浮。在有軸向載荷之后開始軸向懸浮。多個串接之 后可以實現(xiàn)全懸浮。
圖11是本發(fā)明的簡化磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸風扇一體機。其中左右兩組徑向軸向懸 浮磁塊3對浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)4產(chǎn)生徑向軸向懸浮力，電機轉(zhuǎn)子部分和風扇葉片分別 安裝在軸承兩側(cè)。這樣就成為磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸風扇一體機。
圖12是本發(fā)明的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)軸風力發(fā)電機一體機。其中兩組徑向軸向懸浮 磁塊4和浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)5組成主支撐懸浮軸承，兩組徑向軸向懸浮磁塊6與兩個 浮動旋 轉(zhuǎn)磁環(huán)7組成發(fā)電機轉(zhuǎn)子懸浮軸承，機械抗震結(jié)構(gòu)安裝在發(fā)電機的兩端。 葉片安裝在轉(zhuǎn)軸上。主支撐懸浮軸承可以選用抗偏心結(jié)構(gòu)。這樣就形成磁懸浮軸 承轉(zhuǎn)軸風力發(fā)電機一體機。
在以上多項實施例中，不同的實施例可以與其他實施例任意組合搭配，成為 適應不同要求的磁懸浮軸承。
除以上實施例外，本發(fā)明還有其他實施方式。凡采用等同替換、等效變形形 成的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是徑向懸浮磁塊和軸向懸浮磁塊粘接在一起(軸向懸浮磁塊的磁場方向也為徑向)，磁塊的底邊比擠壓邊長，整個磁塊就有一個向內(nèi)凸出的斜面，使磁塊呈梯形結(jié)構(gòu)。將多個粘接磁塊同極性全部向內(nèi)安裝在軸承套內(nèi)，下面就形成一個內(nèi)小外大的喇叭口，固定擠壓面就成為有臺階的環(huán)套。環(huán)套的徑向懸浮磁塊對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)外側(cè)的同極部分進行擠壓，實現(xiàn)對磁環(huán)的徑向懸??；環(huán)套上的徑向充磁的軸向懸浮磁塊對兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)產(chǎn)生軸向懸浮力。轉(zhuǎn)軸穿過軸套中心與兩個浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)相互連接固定，這樣就組成了磁懸浮軸承。轉(zhuǎn)軸上還固定有機械軸承，與軸承套上的限位套一起組成抗震結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是用于徑向 軸向懸浮的粘接磁塊可以是整體磁塊。也可以完全分離成為徑向懸浮磁塊和軸向 懸浮磁塊。然后安裝在軸承套內(nèi)組成環(huán)形對稱磁場對浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)實施懸浮。軸 向懸浮磁塊可以由磁環(huán)替代。徑向懸浮磁塊也可以由磁環(huán)取代。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是臥式狀態(tài) 下，浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)下部可以增加徑向懸浮磁塊，抵消較大的轉(zhuǎn)軸徑向重量。磁塊 可以安裝在浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)下部兩側(cè)，具體位置不限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是對浮動旋 轉(zhuǎn)磁環(huán)進行徑向軸向懸浮的磁塊可以部分或全部由電磁鐵取代。同時可以在軸承 上安裝傳感器，控制軸承轉(zhuǎn)子的位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是懸浮起來 的轉(zhuǎn)軸可以帶動電機、鼓風機、壓縮機、泵、渦輪機、汽輪機、風扇、光盤、電 腦硬盤、旋轉(zhuǎn)門、水表及電表等設備的旋轉(zhuǎn)部分懸浮起來，成為磁懸浮軸承一體 機。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是軸向懸浮 磁塊(或磁環(huán))與浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)之間的擠壓面可以是錐形斜面，斜面角度不限。 浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)受到的軸向懸浮力可以是全部向上，用于承載較大的軸向重量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是徑向懸浮 磁塊可以安裝在浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)的內(nèi)側(cè)，實現(xiàn)對軸承的徑向懸浮。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是可以用兩 組徑向軸向懸浮磁塊擠壓一個磁環(huán)，使軸承體積縮小，帶動小型風扇轉(zhuǎn)子懸浮起 來。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，其特征是使用多個 徑向懸浮軸承抵消轉(zhuǎn)子徑向重量，可以把風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)部分全部懸浮起來。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求，不同的軸承結(jié)構(gòu)可以任意組合搭配，成為適應不同需要 的磁懸浮軸承或磁懸浮轉(zhuǎn)軸一體機。
全文摘要
本發(fā)明是一種磁懸浮軸承及被懸浮起來的轉(zhuǎn)軸，該軸承利用軸向充磁磁環(huán)端面和內(nèi)外兩側(cè)都具有與端面相同磁場的特性，利用磁塊對浮動旋轉(zhuǎn)磁環(huán)的軸向和徑向進行有效懸浮，使轉(zhuǎn)軸完全懸浮起來，成為磁懸浮軸承。同時還具有較好的抗震性。本磁懸浮軸承懸浮起來的轉(zhuǎn)軸還可以帶動其他設備的旋轉(zhuǎn)部分懸浮起來，成為磁懸浮軸承一體機。
文檔編號F16C32/04GK101555905SQ20081002329
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者卓向東 申請人:卓向東