本發(fā)明涉及一種軸承，特別涉及一種永磁式磁懸浮軸承。

背景技術(shù)：

目前大部分的軸承存在相對摩擦或者滾動摩擦，無論怎么精密制造還是會存在損耗。

磁懸浮軸承是一種非接觸型軸承，所以，該種軸承中的兩個相對運(yùn)動的部件之間不存在磨損或者摩擦阻力很小，使得該種軸承既能支承高速轉(zhuǎn)動的軸，又可降低噪音和運(yùn)行成本。對于現(xiàn)有的磁懸浮軸承，大多是利用內(nèi)、外兩塊環(huán)形磁鐵相互排斥所產(chǎn)生的徑向力迫使其懸浮的。然而，由于軸承是用于支承轉(zhuǎn)動軸的部件，并且該種軸承在軸向沒有設(shè)置過載保護(hù)的軸向排斥力，而轉(zhuǎn)動軸在帶動負(fù)載一起轉(zhuǎn)動的過程中同時也會產(chǎn)生軸向偏心力，所以，使用該軸承易導(dǎo)致轉(zhuǎn)動軸軸向偏移，而轉(zhuǎn)動軸軸向偏移會影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此，如何解決磁懸浮軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)生軸向偏移是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提出一種可對磁懸浮軸承進(jìn)行軸向限位的永磁式磁懸浮軸承。

本發(fā)明提供一種永磁式磁懸浮軸承，包括外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)，所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中之一與一轉(zhuǎn)動體固定連接以隨所述轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動，所述外磁環(huán)與所述內(nèi)磁環(huán)之間具有間隙以允許兩者之間的相對轉(zhuǎn)動，所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)構(gòu)造成使得所述外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)之間同時產(chǎn)生一軸向推力和一徑向推力。

在一實施例中，所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中之一朝向所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中另一的一軸向側(cè)具有一凹陷，所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中另一朝向所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)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內(nèi)，所述凹陷與所述凸起之間形成所述間隙，所述外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)在軸向上的充磁方向相反，以使得所述外磁環(huán)的凹陷的內(nèi)表面與所述內(nèi)磁環(huán)的凸起的外表面之間磁性相反進(jìn)而相互排斥。

在一實施例中，所述凹陷的內(nèi)表面與所述凸起的外表面平行設(shè)置。

在一實施例中，所述內(nèi)表面為圓錐面，所述外表面為圓錐面。

在一實施例中，所述外磁環(huán)為第一外磁環(huán)，所述內(nèi)磁環(huán)為第一內(nèi)磁環(huán)，所述永磁式磁懸浮軸承還包括第二外磁環(huán)和第二內(nèi)磁環(huán)，所述第二外磁環(huán)和第二內(nèi)磁環(huán)其中之一與所述轉(zhuǎn)動體固定連接以隨所述轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動，所述第二外磁環(huán)與所述第二內(nèi)磁環(huán)之間具有間隙以允許兩者之間的相對轉(zhuǎn)動，所述第一外磁環(huán)和第一內(nèi)磁環(huán)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動體的第一軸向位置，所述第二外磁環(huán)和第二內(nèi)磁環(huán)設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動體的第二軸向位置，所述第一軸向位置和第二軸向位置間隔一距離。

在一實施例中，所述第一內(nèi)磁環(huán)位于所述第一外磁環(huán)靠近所述第二軸向位置的一側(cè)；所述第二軸向位置的磁懸浮軸承設(shè)置為，所述第二內(nèi)磁環(huán)位于所述第二外磁環(huán)靠近所述第一軸向位置的一側(cè)。

在一實施例中，所述第一外磁環(huán)的充磁方向為軸向靠近所述第二軸向位置的方向，所述第一內(nèi)磁環(huán)的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離所述第二軸向位置的方向，或者是所述第一外磁環(huán)的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離所述第二軸向位置的方向，所述第一內(nèi)磁環(huán)的充磁方向為軸向靠近所述第二軸向位置的方向；所述第二外磁環(huán)的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離所述第一軸向位置的方向，所述第二內(nèi)磁環(huán)的充磁方向為軸向靠近所述第一軸向位置的方向，或者是所述第二外磁環(huán)的充磁方向為軸向靠近所述第一軸向位置的方向，所述第二內(nèi)磁環(huán)的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離所述第一軸向位置的方向。

在一實施例中，所述第一內(nèi)磁環(huán)位于所述第一外磁環(huán)遠(yuǎn)離所述第二軸向位置的一側(cè)；所述第二軸向位置的磁懸浮軸承設(shè)置為，所述第二內(nèi)磁環(huán)位于所述第二外磁環(huán)遠(yuǎn)離所述第一軸向位置的一側(cè)。

綜上所述，本發(fā)明提出一種永磁式磁懸浮軸承。采用兩個凹凸形狀的磁環(huán)，利用磁性的同性相斥的特點，對凹凸兩個磁環(huán)進(jìn)行充磁，使得凹磁環(huán)對凸磁環(huán)同時產(chǎn)生徑向和軸向的排斥力。轉(zhuǎn)動體上具有一間隔距離的第一軸向位置和第二軸向位置的磁懸浮軸承的凹磁環(huán)分別對凸磁環(huán)產(chǎn)生作用力，使得凸磁環(huán)或凹磁環(huán)達(dá)到懸浮的效果同時對轉(zhuǎn)動體進(jìn)行軸向限位。轉(zhuǎn)動體所需的軸向力和徑向力的大小由磁環(huán)的磁場大小和磁環(huán)的凹凸面傾斜的角度的大小決定。本發(fā)明的磁懸浮軸承由各個不同充磁方向的磁環(huán)同軸安裝而使得轉(zhuǎn)動體整體懸浮起來，無任何接觸，實現(xiàn)無損耗轉(zhuǎn)動。具有以下優(yōu)點：

1.由于轉(zhuǎn)子和定子之間沒有機(jī)械接觸，因此不存在磨損，不需要潤滑，運(yùn)行噪音小，允許轉(zhuǎn)子高速、超高速旋轉(zhuǎn)；

2.磁懸浮軸承對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)只有很小阻力，利于節(jié)能；

3.無需供電供油系統(tǒng)，直接就運(yùn)行，方便快捷；

4.適用于潔凈要求很高的應(yīng)用場合，實現(xiàn)所謂綠色運(yùn)行；

5.可在惡劣的環(huán)境中使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的磁懸浮軸承一實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的磁懸浮軸承另一實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在詳細(xì)描述實施例之前，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于本申請中下文或附圖中所描述的詳細(xì)結(jié)構(gòu)或元件排布。本發(fā)明可為其它方式實現(xiàn)的實施例。而且，應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的措辭及術(shù)語僅僅用作描述用途，不應(yīng)作限定性解釋。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等類似措辭意為包含其后所列出之事項、其等同物及其它附加事項。特別是，當(dāng)描述“一個某元件”時，本發(fā)明并不限定該元件的數(shù)量為一個，也可以包括多個。方向性用語，例如“左”、“右”、“上”、“下”等只是參照圖示的角度進(jìn)行說明，并不對本發(fā)明進(jìn)行限制。

本發(fā)明的永磁式磁懸浮軸承利用永磁體同極相斥、異極相吸的原理，將中間的轉(zhuǎn)動體懸浮起來，并利用轉(zhuǎn)動體兩端對稱的軸向排斥力相互限位轉(zhuǎn)動體的軸向移動。

本發(fā)明提出一種永磁式磁懸浮軸承，包括外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)，外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中之一與一轉(zhuǎn)動體固定連接以隨轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動。外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)之間具有一間隙以允許兩者之間的相對轉(zhuǎn)動，且外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)構(gòu)造成使得外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)之間同時產(chǎn)生一軸向推力和一徑向推力，以使得外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中之一懸浮。

在如圖1所示的實施例中，所述轉(zhuǎn)動體為一轉(zhuǎn)軸10，所述永磁式磁懸浮軸承包括環(huán)繞轉(zhuǎn)軸10安裝的、位于轉(zhuǎn)軸10的第一軸向位置的第一外磁環(huán)12和第一內(nèi)磁環(huán)14以及位于轉(zhuǎn)軸10的第二軸向位置的第二外磁環(huán)16和第二內(nèi)磁環(huán)18，其中轉(zhuǎn)軸10的第一軸向位置和第二軸向位置間隔一距離。

本實施例中，第一內(nèi)磁環(huán)14與轉(zhuǎn)軸10固定連接以隨轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動，第一外磁環(huán)12利用外物固定，且第一外磁環(huán)12與轉(zhuǎn)軸10之間具有一縫隙20，第一外磁環(huán)12與第一內(nèi)磁環(huán)14之間具有一間隙22，以允許兩者之間相對轉(zhuǎn)動。第一外磁環(huán)12和第一內(nèi)磁環(huán)14構(gòu)造成使得第一外磁環(huán)12與第一內(nèi)磁環(huán)14之間同時產(chǎn)生一軸向推力和一徑向推力，進(jìn)而使得與第一內(nèi)磁環(huán)14固定連接的轉(zhuǎn)軸10懸浮起來。

第二內(nèi)磁環(huán)18與轉(zhuǎn)軸10固定連接以隨轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動，第二外磁環(huán)16利用外物固定，且第二外磁環(huán)16與轉(zhuǎn)軸10之間具有一縫隙24，第二外磁環(huán)16與第二內(nèi)磁環(huán)18之間具有一間隙26，以允許兩者之間相對轉(zhuǎn)動。第二外磁環(huán)16和第二內(nèi)磁環(huán)18構(gòu)造成使得第二外磁環(huán)16與第二內(nèi)磁環(huán)18之間同時產(chǎn)生一軸向推力和一徑向推力，進(jìn)而使得與第二內(nèi)磁環(huán)18固定連接的轉(zhuǎn)軸10懸浮起來。

外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中之一朝向外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中另一的一軸向側(cè)具有一凹陷，外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)其中另一朝向外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)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內(nèi)。所述凹陷與所述凸起之間形成所述間隙，所述凹陷的內(nèi)表面與所述凸起的外表面平行設(shè)置。所述凹陷的內(nèi)表面可以為圓錐面，所述凸起的外表面也可以為圓錐面。

在所示的實施例中，第一外磁環(huán)12朝向第一內(nèi)磁環(huán)14的軸向側(cè)具有一第一凹陷28，第一內(nèi)磁環(huán)14朝向第一外磁環(huán)12延伸出用以與第一凹陷28配合的第一凸起30，第一凸起30的前端部分容置于第一凹陷28內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他實施例中，根據(jù)磁懸浮軸承的實際設(shè)計需要，也可以將第一凸起30全部容置于第一凹陷28內(nèi)，本發(fā)明不對此限定。為了使得第一外磁環(huán)12與第一內(nèi)磁環(huán)14相互之間更好地產(chǎn)生磁性作用，第一凹陷28的內(nèi)表面設(shè)置為圓錐面，第一凸起30的外表面也設(shè)置為圓錐面，且第一凹陷28的內(nèi)表面與第一凸起30的外表面平行設(shè)置。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在上述實施例中，第一凹陷28設(shè)置在第一外磁環(huán)12上，第一凸起30設(shè)置在第一內(nèi)磁環(huán)14上，但本發(fā)明不對此限定，在其他實施例中，也可以設(shè)置成在第一外磁環(huán)12上設(shè)置凸起，在第一內(nèi)磁環(huán)14上設(shè)置凹陷。

也應(yīng)當(dāng)理解的是，上述將第一凹陷28的內(nèi)表面和第一凸起30的外表面設(shè)置為圓錐面并且將所述內(nèi)表面和外表面平行設(shè)置僅為例示性，在其他實施例中，根據(jù)具體設(shè)計需求，第一凹陷28的內(nèi)表面和第一凸起30的外表面也可以設(shè)計為其他形狀，例如弧形表面，同時，第一凹陷28的內(nèi)表面和第一凸起30的外表面可以設(shè)計成具有一定角度，只要滿足第一外磁環(huán)12與第一內(nèi)磁環(huán)14之間同時產(chǎn)生一軸向推力和一徑向推力及其它相關(guān)要求即可。

第二外磁環(huán)16朝向第二內(nèi)磁環(huán)18的軸向側(cè)具有一第二凹陷32，第二內(nèi)磁環(huán)18朝向第二外磁環(huán)16延伸出用以與第二凹陷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內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他實施例中，根據(jù)磁懸浮軸承的實際設(shè)計需要，也可以將第二凸起34全部容置于第二凹陷32內(nèi)，本發(fā)明不對此限定。為了使得第二外磁環(huán)16與第二內(nèi)磁環(huán)18相互之間更好地產(chǎn)生磁性作用，第二凹陷32的內(nèi)表面設(shè)置為圓錐面，第二凸起34的外表面也設(shè)置為圓錐面，且第二凹陷32的內(nèi)表面與第二凸起34的外表面平行設(shè)置。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在上述實施例中，第二凹陷32設(shè)置在第二外磁環(huán)16上，第二凸起34設(shè)置在第二內(nèi)磁環(huán)18上，但本發(fā)明不對此限定，在其他實施例中，也可以設(shè)置成在第二外磁環(huán)16上設(shè)置凸起，在第二內(nèi)磁環(huán)18上設(shè)置凹陷。

也應(yīng)當(dāng)理解的是，上述將第二凹陷32的內(nèi)表面和第二凸起34的外表面設(shè)置為圓錐面并且將所述內(nèi)表面和外表面平行設(shè)置僅為例示性，在其他實施例中，根據(jù)具體設(shè)計需求，第二凹陷32的內(nèi)表面和第二凸起34的外表面也可以設(shè)計為其他形狀，例如弧形表面，同時，第二凹陷32的內(nèi)表面和第二凸起34的外表面可以設(shè)計成具有一定角度，只要滿足第二外磁環(huán)16與第二內(nèi)磁環(huán)18之間同時產(chǎn)生一軸向推力和一徑向推力及其它相關(guān)要求即可。

在所示的實施例中，第一凹陷28的內(nèi)表面與第一凸起30的外表面平行設(shè)置，第二凹陷32的內(nèi)表面與第二凸起34的外表面平行設(shè)置。外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)在軸向上的充磁方向相反，以使得外磁環(huán)的凹陷的內(nèi)表面與內(nèi)磁環(huán)的凸起的外表面之間磁性相反進(jìn)而相互排斥。具體而言，外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)在軸向上的充磁方向相反，以使得外磁環(huán)的凹陷的內(nèi)表面與內(nèi)磁環(huán)的凸起的外表面之間磁性相反，進(jìn)而相互排斥。外磁環(huán)對內(nèi)磁環(huán)的排斥力的方向為自外磁環(huán)的外表面朝向內(nèi)磁環(huán)的內(nèi)表面并垂直內(nèi)磁環(huán)的外表面的方向，該排斥力可以分解成在軸向上自外磁環(huán)朝向內(nèi)磁環(huán)的方向的軸向推力以及朝向轉(zhuǎn)軸的徑向向內(nèi)的推力。其中，朝向轉(zhuǎn)軸的徑向向內(nèi)的推力使得轉(zhuǎn)軸可以懸浮起來。

本實施例中，安裝于所述第一軸向位置的磁環(huán)設(shè)置為，第一內(nèi)磁環(huán)14位于第一外磁環(huán)12靠近所述第二軸向位置的一側(cè)；安裝于所述第二軸向位置的磁環(huán)設(shè)置為，第二內(nèi)磁環(huán)18位于第二外磁環(huán)16靠近所述第一軸向位置的一側(cè)。

磁環(huán)的充磁方向為，第一外磁環(huán)12的充磁方向為軸向靠近第二軸向位置的方向，在圖中為向右，第一內(nèi)磁環(huán)14的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離第二軸向位置的方向，在圖中為向左；第二外磁環(huán)16的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離第一軸向位置的方向，在圖中為向右，第二內(nèi)磁環(huán)18的充磁方向為軸向靠近第一軸向位置的方向，在圖中為向左。應(yīng)當(dāng)理解的是，在其他實施例中，磁環(huán)的充磁方向也可以為，第一外磁環(huán)12的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離第二軸向位置的方向，在圖中為向左，第一內(nèi)磁環(huán)14的充磁方向為軸向靠近第二軸向位置的方向，在圖中為向右；第二外磁環(huán)16的充磁方向為軸向靠近第一軸向位置的方向，在圖中為向左，第二內(nèi)磁環(huán)18的充磁方向為軸向遠(yuǎn)離第一軸向位置的方向，在圖中為向右。

應(yīng)當(dāng)注意的是，在其他實施例中，第一軸向位置和第二軸向位置的磁環(huán)設(shè)計方式也可以實施成，安裝于所述第一軸向位置的磁環(huán)設(shè)置為，第一內(nèi)磁環(huán)14位于第一外磁環(huán)12遠(yuǎn)離所述第二軸向位置的一側(cè)；安裝于所述第二軸向位置的磁環(huán)設(shè)置為，第二內(nèi)磁環(huán)18位于第二外磁環(huán)16遠(yuǎn)離所述第一軸向位置的一側(cè)。

實質(zhì)上，在上述實施例中，位于第一軸向位置的磁環(huán)布置及充磁方向與位于第二軸向位置的磁環(huán)布置及充磁方向關(guān)于轉(zhuǎn)軸10的一垂直線鏡像對稱。這樣設(shè)置可以使得第一軸向位置和第二軸向位置上產(chǎn)生的軸向上的推力相對或者相反，從而相互限位轉(zhuǎn)軸10的軸向移動。但這僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在其他實施例中，第一軸向位置和第二軸向位置的磁環(huán)結(jié)構(gòu)布置及充磁方向也可以不對稱，只要能夠使得第一軸向位置和第二軸向位置上產(chǎn)生的軸向上的推力相對或者相反，從而相互限位轉(zhuǎn)軸10的軸向移動，并滿足使得轉(zhuǎn)軸10懸浮的要求即可。

凹陷的內(nèi)表面或者凸起的外表面與轉(zhuǎn)軸10之間形成一傾斜角度，轉(zhuǎn)軸10所需的軸向力和徑向力大小由磁環(huán)的磁場大小和所述傾斜角度的大小決定的。因此，可以根據(jù)轉(zhuǎn)軸10所需的軸向力或者徑向力來修改永磁體(外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán))的尺寸形狀及所述傾斜角度大小，從而達(dá)到調(diào)整磁場強(qiáng)度的作用，讓轉(zhuǎn)軸10更穩(wěn)定的運(yùn)行。

在圖2所示的實施例中，所述轉(zhuǎn)動體為一軸套36，所述永磁式磁懸浮軸承包括容置于軸套36內(nèi)的、位于軸套36的第一軸向位置的第一外磁環(huán)38和第一內(nèi)磁環(huán)40以及位于軸套36的第二軸向位置的第二外磁環(huán)42和第二內(nèi)磁環(huán)44，其中軸套36的第一軸向位置和第二軸向位置間隔一距離。

與圖1所示的實施例不同的是，本實施例中，第一外磁環(huán)38與軸套36的內(nèi)壁固定連接以隨軸套36轉(zhuǎn)動，第一內(nèi)磁環(huán)40利用外物固定；第二外磁環(huán)42與軸套36的內(nèi)壁固定連接以隨軸套36轉(zhuǎn)動，第二內(nèi)磁環(huán)44利用外物固定。其他例如磁環(huán)的排布方式、凹陷、凸起的設(shè)計以及磁環(huán)的充磁方向與圖1所示的實施例類似，在此不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明提出一種永磁式磁懸浮軸承。采用兩個凹凸形狀的磁環(huán)，利用磁性的同性相斥的特點，對凹凸兩個磁環(huán)進(jìn)行充磁，使得凹磁環(huán)對凸磁環(huán)同時產(chǎn)生徑向和軸向的排斥力。轉(zhuǎn)動體上具有一間隔距離的第一軸向位置和第二軸向位置的磁懸浮軸承的凹磁環(huán)分別對凸磁環(huán)產(chǎn)生作用力，使得凸磁環(huán)或凹磁環(huán)達(dá)到懸浮的效果同時對轉(zhuǎn)動體進(jìn)行軸向限位。轉(zhuǎn)動體所需的軸向力和徑向力的大小由磁環(huán)的磁場大小和磁環(huán)的凹凸面傾斜的角度的大小決定。本發(fā)明的磁懸浮軸承由各個不同充磁方向的磁環(huán)同軸安裝而使得轉(zhuǎn)動體整體懸浮起來，無任何接觸，實現(xiàn)無損耗轉(zhuǎn)動。具有以下優(yōu)點：

1.由于轉(zhuǎn)子和定子之間沒有機(jī)械接觸，因此不存在磨損，不需要潤滑，運(yùn)行噪音小，允許轉(zhuǎn)子高速、超高速旋轉(zhuǎn)；

2.磁懸浮軸承對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)只有很小阻力，利于節(jié)能；

3.無需供電供油系統(tǒng)，直接就運(yùn)行，方便快捷；

4.適用于潔凈要求很高的應(yīng)用場合，實現(xiàn)所謂綠色運(yùn)行；

5.可在惡劣的環(huán)境中使用。

本文所描述的概念在不偏離其精神和特性的情況下可以實施成其它形式。所公開的具體實施例應(yīng)被視為例示性而不是限制性的。因此，本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求，而不是根據(jù)之前的這些描述進(jìn)行確定。在權(quán)利要求的字面意義及等同范圍內(nèi)的任何改變都應(yīng)屬于這些權(quán)利要求的范圍。