專利名稱：抗偏心磁懸浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗偏心磁懸浮軸承，該磁懸浮軸承是在《均衡擠壓徑向懸浮環(huán)的磁懸浮軸承》的基礎(chǔ)上，利用對(duì)可移動(dòng)永磁體位置的改變，改變對(duì)徑向懸浮環(huán)或軸向懸浮環(huán) 的擠壓力，實(shí)現(xiàn)軸承的高剛性徑向軸向全磁懸浮。屬于磁懸浮技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，我們從《均衡擠壓徑向懸浮環(huán)的磁懸浮軸》中得知，稀土材料永磁環(huán)可以通 過(guò)側(cè)面磁場(chǎng)相互擠壓實(shí)現(xiàn)徑向磁懸浮。但是磁環(huán)在受到均衡擠壓時(shí)，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度有限，所 以主軸的有效載荷就會(huì)受到限制。載荷過(guò)大，主軸就會(huì)偏移。此時(shí)我們可以利用永磁抗偏 心可位移的磁環(huán)或磁塊，擠壓徑向或軸向懸浮環(huán)。以抵消懸浮軸的過(guò)大載荷；也可以利用電 磁鐵取得永磁環(huán)，用鐵環(huán)取代其中的徑向及軸向懸浮磁環(huán)，利用傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量主軸的位 移參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)實(shí)時(shí)控制電磁鐵的功率，以抵消主軸受到過(guò)大的載荷。這樣懸浮軸的 徑向和軸向剛性就得到了有效的提高，穩(wěn)定性、可靠性就會(huì)更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的原理是利用在永磁環(huán)側(cè)面相互擠壓實(shí)現(xiàn)永磁徑向懸浮，永磁環(huán)端面對(duì)稱 擠壓實(shí)現(xiàn)永磁軸向懸浮為基礎(chǔ)。再利用可移動(dòng)永磁環(huán)(或永磁塊組)的徑向位移功能，改 變對(duì)徑向懸浮環(huán)的擠壓力，幫助實(shí)現(xiàn)徑向懸浮的抗偏心；再利用軸向擠壓永磁環(huán)的軸向位 移，改變對(duì)軸向懸浮環(huán)的軸向擠壓力，實(shí)現(xiàn)軸向懸浮的抗偏心，從而提高整個(gè)磁懸浮軸承的 徑向軸向懸浮剛性。本發(fā)明原理解決的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是在軸承套的內(nèi)側(cè)兩端固定兩個(gè)徑向 擠壓磁環(huán)，擠壓兩個(gè)安裝在主軸上的徑向懸浮環(huán)，實(shí)現(xiàn)永磁徑向懸??；兩個(gè)徑向擠壓環(huán)的外 側(cè)固定兩組電磁鐵，每組電磁鐵由4個(gè)(或多個(gè))電磁鐵組成，牽拉固定在主軸上的懸浮鐵 環(huán)，同時(shí)利用位移傳感器控制電磁鐵的功率，幫助主軸進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)徑向懸浮。軸承套中間固 定一個(gè)軸向擠壓環(huán)兩端分別與兩組磁環(huán)徑向軸向擠壓，實(shí)現(xiàn)軸向懸浮。另外在保留永磁軸向懸浮結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還可以再增加一組電磁軸向懸浮結(jié)構(gòu)，就 是在懸浮軸上安裝一個(gè)懸浮鐵環(huán)，然后在軸向懸浮鐵環(huán)的兩側(cè)安裝電磁鐵組，從鐵環(huán)兩端 軸向牽拉鐵環(huán)，并且實(shí)時(shí)改變軸向吸引力，防止主軸軸向位移過(guò)大。在軸承套的內(nèi)側(cè)兩端固定兩個(gè)徑向擠壓磁環(huán)，擠壓兩個(gè)安裝在主軸上的徑向懸浮 環(huán)，實(shí)現(xiàn)永磁徑向懸??；兩個(gè)徑向擠壓環(huán)的外側(cè)固定兩個(gè)可徑向移動(dòng)的抗偏心徑向擠壓環(huán)， 擠壓兩個(gè)徑向懸浮環(huán)。實(shí)現(xiàn)對(duì)徑向懸浮載荷的補(bǔ)償。兩個(gè)軸向擠壓磁環(huán)固定在軸承套的中 間，其中一個(gè)磁環(huán)是可以在控制下實(shí)現(xiàn)軸向位移。這樣可以改變對(duì)兩個(gè)對(duì)稱軸向懸浮環(huán)的 軸向擠壓力，實(shí)現(xiàn)防止主軸軸向位移的目的。軸承上需安裝主軸位移傳感器。其中兩個(gè)可徑向位移的永磁環(huán)可以被多個(gè)可進(jìn)行徑向位移的磁瓦取代。由于磁懸浮軸承的主軸是懸浮于軸承內(nèi)部，主軸受到三維空間內(nèi)所有方向的力是 均衡的，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)主軸懸浮。當(dāng)主軸再次受到一個(gè)方向的力，這種平衡就會(huì)被打破。就會(huì)出現(xiàn)軸心偏移。過(guò)度軸心偏移就是導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法使用。尤其是出現(xiàn)徑向偏移現(xiàn)象。在試驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，磁環(huán)側(cè)向擠壓時(shí)，距離越近，擠壓力越大，在距離1. 5-4毫米 之間，存在一種擠壓力劇烈變化的現(xiàn)象。就是在距離2毫米以上，衰減明顯。而磁環(huán)側(cè)面距 離2毫米以內(nèi)，磁環(huán)間擠壓力衰減不明顯。當(dāng)懸浮環(huán)勉強(qiáng)依靠磁力懸浮之后，再加上一個(gè)輕 微的力，就能夠使這種懸浮平衡改變。此時(shí)我們?cè)谠袕较驊腋〉幕A(chǔ)上，再加上一個(gè)大直 徑磁環(huán)，其內(nèi)側(cè)懸浮一個(gè)徑向磁環(huán)，其徑向邊緣間距大于已有徑向懸浮磁環(huán)組的間距，這樣 當(dāng)主軸出現(xiàn)徑向位移時(shí)，抗偏心大環(huán)對(duì)抗偏心懸浮環(huán)偏移靠近部分的擠壓力就會(huì)增加，而 遠(yuǎn)離一側(cè)的擠壓力就會(huì)減少。這樣就可以抵消主軸的過(guò)大徑向載荷。


圖1是本發(fā)明的電磁、永磁混合抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。圖2是本發(fā)明的電磁、永磁混合式磁懸浮軸承中環(huán)形電磁鐵的軸向排列視圖。圖3是本發(fā)明的只有永磁輔助徑向懸浮式混合式磁懸浮軸承的圖4是本發(fā)明的永磁抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。圖5是圖4中可徑向位移擠壓環(huán)與徑向懸浮磁環(huán)的徑向剖面構(gòu)造圖。圖6是圖4中可徑向位移擠壓環(huán)與徑向懸浮磁環(huán)的軸向視圖。圖7是可徑向位移磁瓦組成磁環(huán)的軸向視圖。圖8是鐵塊和不封閉永磁環(huán)共同組成抗偏心磁環(huán)結(jié)構(gòu)的軸向視圖。圖9是同側(cè)徑向懸浮環(huán)固定且內(nèi)徑不等的永磁抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu) 造圖。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1中，主軸1，軸承套2，徑向懸浮鐵環(huán)3，電磁鐵組4，徑向懸浮磁環(huán)3a，永磁徑向 擠壓環(huán)4a，大軸向懸浮磁環(huán)5，小軸向懸浮磁環(huán)6，固定在軸承套上的軸向擠壓磁環(huán)7，不導(dǎo) 磁的環(huán)8等。安裝在軸承套2兩端的電磁鐵組4通過(guò)吸引力，對(duì)安裝在主軸1上的懸浮鐵 環(huán)3實(shí)施均衡牽拉，使鐵環(huán)3處于徑向懸浮狀態(tài)。安裝在軸承套2上的永磁徑向擠壓環(huán)4a 通過(guò)側(cè)面磁場(chǎng)擠壓徑向懸浮環(huán)3a側(cè)面磁場(chǎng)，使徑向懸浮環(huán)3a處于徑向懸浮狀態(tài)，進(jìn)一步提 高徑向懸浮穩(wěn)定性。安裝在軸承套2中間的軸向擠壓環(huán)7兩側(cè)對(duì)稱擠壓由大軸向懸浮環(huán)5 和小軸向懸浮環(huán)6組成的磁環(huán)組，使磁環(huán)組處于軸向懸浮狀態(tài)。徑向懸浮環(huán)和軸向懸浮環(huán) 全部安裝在主軸上，使主軸完全懸浮起來(lái)。徑向懸浮環(huán)和軸向懸浮環(huán)通過(guò)不導(dǎo)磁的環(huán)8隔 開(kāi)。電磁鐵組4對(duì)鐵環(huán)3的牽拉力隨位移傳感器參數(shù)的變化而變化。圖2是圖1中電磁鐵組4的軸向排列視圖。其中四個(gè)電磁鐵4均衡的排列，用于 徑向牽拉圖1中鐵環(huán)3的側(cè)面，增加主軸1的徑向懸浮剛性。同時(shí)在電磁鐵4中還可以安 裝位移傳感器9，不間斷調(diào)整每個(gè)電磁鐵的功率。圖3中，徑向永磁、電磁懸浮結(jié)構(gòu)與圖1相同。兩個(gè)軸向懸浮鐵環(huán)5安裝在主軸上， 軸向懸浮在兩個(gè)電磁鐵6的兩側(cè)，通過(guò)電磁鐵6對(duì)兩個(gè)鐵環(huán)5的吸引力，實(shí)現(xiàn)主軸的軸向懸 浮。為了增加軸向懸浮力，還可以在主軸1上再安裝兩個(gè)均衡永磁軸向懸浮環(huán)，再在軸承套 2上固定一個(gè)永磁軸向擠壓環(huán)，幫助主軸實(shí)現(xiàn)軸向懸浮抗偏心。
圖4是本發(fā)明的徑向和軸向抗偏心磁懸浮軸承的徑向剖面構(gòu)造圖。其中，主軸1， 軸承套2，徑向抗偏心懸浮磁環(huán)3，徑向抗偏心擠壓磁環(huán)4，徑向懸浮磁環(huán)3a，徑向擠壓磁環(huán)4a，軸向懸浮磁環(huán)5，固定軸向擠壓磁環(huán)6，可軸向移動(dòng)的軸向擠壓磁環(huán)6a，不電磁的環(huán)7。在軸承套2兩端的固定兩個(gè)徑向擠壓環(huán)4a，對(duì)安裝在主軸上的兩個(gè)徑向懸浮環(huán)3a的側(cè)面進(jìn)行 徑向擠壓；在兩個(gè)徑向擠壓環(huán)4a的外側(cè)還安裝了可徑向移動(dòng)磁環(huán)4，擠壓兩個(gè)抗偏心徑向 懸浮環(huán)3。其中徑向移動(dòng)磁環(huán)4的內(nèi)徑對(duì)于徑向擠壓環(huán)4a的內(nèi)徑，這樣在徑向位移時(shí)，可以 使徑向抗偏心磁環(huán)3的一側(cè)受力較大，以抵消主軸受到的過(guò)大徑向載荷。安裝在軸承套2 上的固定永磁軸向擠壓環(huán)6和可軸向移動(dòng)的軸向擠壓環(huán)6a對(duì)兩個(gè)對(duì)稱軸向懸浮環(huán)5進(jìn)行 軸向擠壓。此時(shí)可以通過(guò)改變軸向擠壓環(huán)6a的位置，來(lái)調(diào)整主軸的軸向懸浮位移，實(shí)現(xiàn)主 軸的軸向抗偏心。主軸位移傳感器安裝的位置不限。圖5是圖4中可徑向位移擠壓環(huán)與徑向懸浮磁環(huán)的徑向剖面構(gòu)造圖。其中在軸承 處于臥式靜止?fàn)顟B(tài)下，可徑向移動(dòng)的徑向擠壓磁環(huán)4可以固定不動(dòng)。圖6是圖4中可徑向位移擠壓環(huán)與徑向懸浮磁環(huán)的軸向視圖。圖7是可徑向位移磁瓦組成磁環(huán)的軸向視圖。其中磁瓦1、2、3、4均可以實(shí)現(xiàn)可控 徑向移動(dòng)。圖8是鐵塊和不封閉永磁環(huán)共同組成抗偏心磁環(huán)結(jié)構(gòu)的軸向視圖。其中鐵塊1可 以由電磁鐵取代，也可以由小磁塊取代，只要不封閉磁環(huán)2對(duì)懸浮環(huán)的徑向擠壓力與鐵塊 的合力能夠抵消懸浮軸的重力?；蛘呤遣环忾]磁環(huán)2的懸浮力能夠抵消主軸重力加上上面 小磁塊的壓力，使得主軸懸浮更加穩(wěn)定。圖9中，兩個(gè)抗偏心徑向擠壓磁環(huán)4固定在軸承套2的兩端，擠壓兩個(gè)固定在主軸 1上的抗偏心徑向懸浮磁環(huán)3，兩個(gè)徑向擠壓磁環(huán)4a固定在磁環(huán)4的內(nèi)測(cè)，擠壓固定在主軸 1上的兩個(gè)徑向懸浮環(huán)3a。在相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)下，主軸會(huì)懸浮于徑向擠壓磁環(huán)4a中心偏下的 位置。當(dāng)受到超大徑向力時(shí)，磁環(huán)就會(huì)出現(xiàn)徑向偏移。此時(shí)抗偏心徑向懸浮磁環(huán)3的一邊 就會(huì)接近大直徑抗偏心徑向擠壓磁環(huán)4內(nèi)側(cè)，而另外一邊就會(huì)遠(yuǎn)離徑抗偏心徑向擠壓磁環(huán) 4內(nèi)側(cè)，這樣就可以在實(shí)現(xiàn)徑向懸浮時(shí)，又可以防止懸浮軸的徑向偏心。兩個(gè)軸向擠壓環(huán)6 安裝在軸承套2的中間，分別擠壓固定在主軸1上的軸向懸浮環(huán)5，實(shí)現(xiàn)主軸的軸向懸浮。由于磁環(huán)側(cè)向擠壓時(shí)，距離越近，擠壓力越大，但是在距離2毫米附件存在一種擠 壓力劇烈變化的現(xiàn)象。就是在距離2毫米以上，距離越大，衰減明顯。而兩磁環(huán)側(cè)面距離 1. 5毫米以內(nèi)，磁環(huán)間擠壓力衰減不明顯。當(dāng)懸浮環(huán)勉強(qiáng)依靠磁力懸浮之后，再加上一個(gè)輕 微的力，就能夠使這種懸浮平衡改變。就會(huì)出現(xiàn)徑向力剛性不夠的現(xiàn)象。此時(shí)我們?cè)谄鋸?向位置改變時(shí)，在其外側(cè)再附加一個(gè)徑向擠壓力，這種由大磁環(huán)4產(chǎn)生的徑向擠壓力，在懸 浮環(huán)3出現(xiàn)徑向偏移時(shí)，就會(huì)對(duì)靠近一邊的擠壓力增大，而遠(yuǎn)離一邊的擠壓力明顯減小。這 樣就可以抵消過(guò)大徑向載荷，防止懸浮軸出現(xiàn)過(guò)度徑向偏心。而且不需要復(fù)雜的數(shù)字控制 系統(tǒng)，加工簡(jiǎn)便，適宜大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。在上述設(shè)計(jì)中，可以在磁環(huán)的擠壓面和非擠壓面上開(kāi)凹槽，所開(kāi)的凹槽形狀不限， 凹槽可以是連續(xù)的環(huán)形，也可以是不連續(xù)的槽，或者是未穿透的孔。也可以在磁環(huán)非擠壓面 上加工一些突起，這些突起可以是環(huán)形連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的環(huán)形，其形狀不限。其用 途可以是起到固定作用，也可以起到增加擠壓面表磁的作用。在上述設(shè)計(jì)中，在磁環(huán)上對(duì)稱、少量開(kāi)孔，不會(huì)影響磁環(huán)的表磁。所以可以通過(guò)對(duì) 磁環(huán)實(shí)施穿孔優(yōu)化，可以降低軸承的重量，節(jié)約資源。上述設(shè)計(jì)中的磁環(huán)的擠壓面和非擠壓 面邊緣可以倒角，也可以不倒角。
在上述設(shè)計(jì)中，磁環(huán)可以是整體磁環(huán)，也可以是由磁瓦拼接而成的磁環(huán)。拼接磁瓦 之間可以有間隙，也可以沒(méi)有間隙。磁瓦上也可以有凸起、凹槽和穿孔。在上述設(shè)計(jì)中，徑向擠壓環(huán)和徑向懸浮環(huán)的擠壓面可以平行于主軸，也可以是不 平行于主軸的錐面。在上述永磁懸浮結(jié)構(gòu)中，徑向懸浮、 軸向懸浮結(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同需要進(jìn)行任意排 列組合使用。另外鐵環(huán)與徑向擠壓永磁環(huán)之間要保持一定的距離或用阻磁材料隔開(kāi)。上述軸承均可以從中間分開(kāi)一段距離，在主軸中間或兩側(cè)安裝旋轉(zhuǎn)載體。除以上實(shí)施例外，本發(fā)明還有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換、等效變形形成的電 磁、永磁混合式磁懸浮軸承，其技術(shù)方案均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種抗偏心磁懸浮軸承，其特征是安裝在軸承套2兩端的電磁鐵組4通過(guò)吸引力，對(duì)安裝在主軸1上的懸浮鐵環(huán)3實(shí)施均衡牽拉，使鐵環(huán)3處于徑向懸浮狀態(tài)。安裝在軸承套2上的永磁徑向擠壓環(huán)4a通過(guò)側(cè)面磁場(chǎng)擠壓徑向懸浮環(huán)3a側(cè)面磁場(chǎng)，使徑向懸浮環(huán)3a處于徑向懸浮狀態(tài)，進(jìn)一步提高徑向懸浮穩(wěn)定性。安裝在軸承套2中間的軸向擠壓環(huán)7兩側(cè)對(duì)稱擠壓由大軸向懸浮環(huán)5和小軸向懸浮環(huán)6組成的磁環(huán)組，使磁環(huán)組處于軸向懸浮狀態(tài)。徑向懸浮環(huán)和軸向懸浮環(huán)全部安裝在主軸上，使主軸完全懸浮起來(lái)。徑向懸浮環(huán)和軸向懸浮環(huán)通過(guò)不導(dǎo)磁的環(huán)8隔開(kāi)。電磁鐵組4對(duì)鐵環(huán)3的牽拉力隨位移傳感器參數(shù)的變化而變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是可以使用全永磁徑向抗偏心 結(jié)構(gòu)取代電磁鐵與鐵環(huán)組成的徑向抗偏心結(jié)構(gòu)。其中用內(nèi)徑略大于徑向擠壓環(huán)內(nèi)徑的磁環(huán) 取代電磁鐵，用永磁環(huán)取代鐵環(huán)。該大內(nèi)徑抗偏心徑向擠壓環(huán)可以完全固定在軸承套上，也 可以安裝在可徑向移動(dòng)裝置上，并且可以徑向移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是可以用可徑向移動(dòng)磁瓦取代 電磁鐵，但是每個(gè)永磁瓦都可以實(shí)現(xiàn)徑向移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是固定在軸承套上的軸向擠壓 環(huán)可以是固定不動(dòng)的，也可以是能夠軸向移動(dòng)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是磁環(huán)的擠壓面和非擠壓面都 可以存在凹槽。凹槽的形狀和深度不限，甚至可以是對(duì)稱穿透的孔。同時(shí)磁環(huán)的非擠壓面 是還可以安裝凸起，只要對(duì)稱和不影響旋轉(zhuǎn)，凸起的連續(xù)性和形狀不限。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是用于徑向懸浮和軸向懸浮的 完整磁環(huán)都可以由磁瓦拼接而成，也可以是由大磁環(huán)套小磁環(huán)而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是徑向懸浮和擠壓磁環(huán)的擠壓 面可以平行于主軸，也可以是不平行于主軸的錐形環(huán)。軸向懸浮用磁環(huán)其擠壓面邊緣可以 倒角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗偏心磁懸浮軸承，其特征是以上所有設(shè)計(jì)均可以任意增 減組合使用。
全文摘要
本發(fā)明的抗偏心磁懸浮軸承是在永磁懸浮軸承基礎(chǔ)上加上的電磁抗偏心結(jié)構(gòu)或永磁抗偏心懸浮結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)防止磁懸浮軸承主軸的出現(xiàn)過(guò)度徑向或軸向懸浮位移。
文檔編號(hào)F16C32/04GK101799045SQ20091002550
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者卓向東 申請(qǐng)人:卓向東