专利名称：永磁与涡轮复合轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁悬浮轴承，特别是永磁与涡轮复合轴承。
背景技术：
磁悬浮轴承的转动套与固定套依靠磁力相对悬浮，因此工作时无摩损、无噪声、无污染、不传递振动、免润滑、免维护、寿命长。
磁悬浮轴承有电磁式、永磁式、电磁永磁组合式、永磁与高温超导体复合式。电磁式利用电流产生的磁力使轴承的内套与外套相对悬浮。电磁式磁悬浮轴承结构复杂，而且需要配置一套复杂的电路控制系统才能使其内套运转达到满意的精度和稳定性。电磁永磁组合式同样也很复杂。永磁与高温超导体复合式磁悬浮轴承结构更复杂，制造成本极高。永磁式磁悬浮轴承仅用永磁体的磁力使轴承的内套与外套相对悬浮，一般来说，永磁式悬浮轴承相对于前面所述的其它方式悬浮轴承结构简单，成本低。现有永磁式径向(或者轴向)磁悬浮轴承，结构还比较简单，但同时具有径向和轴向磁悬浮功能的现有永磁式磁悬浮轴承，结构较复杂、单位体积承载力(最大承载力与轴承体积之比值)小，更为不满的是由于零部件制造和装配误差不可避免，造成轴承高速运转时稳定性能差，即径向跳动和轴向摆动厉害，甚至会发生转套与固定套相碰撞或刮蹭，故实用性差，难以应用到广阔的领域。
发明内容
本发明的目的是解决现有磁悬浮轴承结构复杂、单位体积承载力小、高速运转时稳定性能差、应用受局限等问题，设计了一种永磁与涡轮复合轴承，结构紧凑、刚度大、单位体积承载力大、运转稳定性高、用途广。
本发明通过以下技术方案实现本发明由内套和外套组成，内套和外套上设置轴向充磁环形永磁体，外套上环形永磁体与内套上环形永磁体隔离一间隙同极性相对，所述内套(或外套)两端分别设置一个涡轮。
所述内套有一个支撑转轴的非磁性轴套，轴套两端分别固套一个涡轮，轴套中部外圆上固套一个或多个(个数根据对轴承轴向和径向承载力、轴承的尺寸大小要求以及充磁工艺要求确定)轴向充磁的环形永磁体，称为内磁环，若内磁环为多个，则内磁环的尺寸、充磁方向及性能参数相同，在相邻的两个之间夹一个适当厚度的导磁垫片，其内圆直径与内磁环的内圆直径相等，其外圆直径比内磁环的外圆直径小，以增强内磁环两端外圆上的径向分磁力；若内磁环两端外圆上的径向分磁力足够大，那么导磁垫片的外圆可与内磁环的外圆大小相同。非磁性轴套、涡轮、内磁环构成本发明的内套。
在所述内磁环的外圆外离开一间隙套轴向充磁的环形永磁体，简称甲磁环，其个数与内磁环的个数相等，所有甲磁环的尺寸及性能参数相同，其充磁方向与内磁环的充磁方向相同；在相邻的两个甲磁环之间夹一个导磁垫片，其厚度与内磁环之间的导磁垫片的厚度相同，其外圆直径与甲磁环的外圆直径相等，其内圆直径比甲磁环的内圆直径每面大，以增强外磁环两端内圆上的径向分磁力；若外磁环两端内圆上的径向分磁力足够大，那么导磁垫片的内圆可与外磁环的内圆大小相同；在多个甲磁环组成的甲磁环组的两个外端面上，分别配置一个适当厚度的导磁垫片，其内外圆直径与两甲磁环之间的导磁垫片相同；紧贴每个导磁垫片的外端面分别配置一个轴向充磁的环形永磁体，简称乙磁环，两个乙磁环的尺寸、充磁方向及性能参数与甲磁环相同；在每个乙磁环内圆配置一个轴向充磁的环形永磁体，简称丙磁环，两个丙磁环的尺寸及性能参数相同，但充磁方向与甲磁环相反，两个丙磁环的内端面沿轴线方向分别向外离开内磁环端面一间隙，并且与内磁环端面同极性相对，丙磁环的外圆与乙磁环的内圆相贴，丙磁环的内圆比非磁性轴套的外圆每面大一间隙，丙磁环和乙磁环的端面齐平；在丙磁环和乙磁环的外侧端面上配置一块中心有喇叭孔的导磁圆盘，喇叭孔的小端直径与丙磁环的内圆直径大小相同，喇叭孔的大端直径大小保证涡轮转动时不擦碰喇叭孔壁，导磁圆盘的外圆与甲磁环和乙磁环的外圆相同；在导磁圆盘的外圆、甲磁环和乙磁环的外圆上固套一个非磁性圆筒，其端面与导磁圆盘的端面齐平；导磁圆盘、甲磁环、乙磁环、丙磁环、非磁性圆筒构成本发明的外套。
若多个内磁环、多个甲磁环分别沿轴向直接相并后的径向磁分力大到满足要求，可去掉导磁垫片。
组装时，用压力工装将内套与外套安要求沿轴向压紧，然后在冷却保护下，采取焊接工艺将非磁性圆筒与导磁圆盘焊接起来，也可以用螺栓联接。
所述外套中的主磁通的方向是反时针(或顺时针)的，内套的内磁环被甲磁环、乙磁环、丙磁环包围，它的主磁通方向与丙磁环的磁通方向相反，但它的主磁通方向又与甲磁环的主磁通方向相同，即内磁环在轴向与丙磁环同极性相对，在轴向与甲磁环充磁方向一致且平行相对。
因为使组成内磁环的环形永磁体在材料、形状、尺寸、性能参数等方面相同，甲磁环在材料、形状、尺寸、性能参数等方面相同，乙磁环在材料、形状、尺寸、性能参数等方相同，丙磁环在材料、形状、尺寸、性能参数等方面相同，本发明的内套中的环形永磁体与外套中的环形永磁体在径向和轴向总是同极性相对，所以本发明的内、外套在径向产生相同的磁斥力，在轴向也产生相同的磁斥力，则内、外套在径向、在轴向具有相对悬浮稳定性。
所述轴承的内套作支撑旋转轴的载体，外套作为固定套；若去掉内套上的涡轮，另外设计涡轮及导磁圆盘的孔与窝，将涡轮与导磁圆盘固接，所述内套也可作支撑固定轴的固定套，外套作为转动套，即内套、外套的功能可同时互换。
去掉所述外套导磁圆盘上的乙、丙磁环，将轴套及非磁性圆筒的轴向尺寸缩短两倍乙磁环(或丙磁环)的轴向尺寸，这样简化了轴承结构，但轴承轴向承载力减小了，这样的轴承适用于对轴向承载力要求低的场合。
若实际应用中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，应用本发明不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。
根据实际需要，所述轴承内磁环、甲磁环的数量可增减。
本发明有益的效果是1.从整体结构看第一，本发明的内套中相邻的环形永磁体的主磁通通过导磁垫片相连接，外套中各环形永磁体的主磁通通过导磁垫片和导磁圆盘相连接成半封闭状，所以漏磁小，磁体利用率高。第二，除内、外套之间隙和涡轮进流间隙，再无任何空隙，轴承的内部空间装配了极多永磁体，若不配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承，与现有的同时具有径向和轴向承载功能的磁悬浮轴承相比，本发明结构简单紧凑，单位体积承载能力大、刚度大；若配置涡轮，与现有的一些同时具有径向和轴向承载功能的磁悬浮轴承相比，本发明结构依然简单，与现有的另外一些同类轴承相比，本发明结构或许复杂了一点，但配置涡轮，大大地提高了磁悬浮轴承的性能(见有益的效果说明2)，拓宽了其应用范围。第三，轴向充磁的环形永磁体、导磁垫片、导磁圆盘和非磁性圆筒的工艺性好。
2.本发明内套(或外套)高速旋转时，两端的涡轮，将所处环境的流体(不腐蚀表面处理过的金属和永磁体的流体如空气、惰性气体、清淡水、液态油等)旋压入内套和外套之间的间隙形成高压气垫或静液层，极大地增强了内套和外套的相对悬浮力，极大地遏制了内套和外套的相对跳动、摆动，轴的转速越高，效果越佳，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性。
3.本发明若不配置涡轮，根据实际应用要求，设计内套、外套之间隙，既可作为单向减振器或阻尼器使用，又可作为多向减振器或阻尼器使用。
图1为本发明实施方式1的结构示意图；图2为本发明实施方式2的结构示意图；
图3为本发明实施方式3的结构示意图；图4为本发明实施方式4的结构示意图；图5为本发明实施方式5的结构示意图；图6为本发明实施方式6的结构示意图；图7为本发明实施方式7的结构示意图；图8为本发明实施方式8的结构示意图；图9为本发明实施方式9的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述实施方式1如图1示，在支撑轴的非磁性轴套7上固接轴向充磁的永磁内磁环2和内磁环3。在内磁环2和内磁环3之间夹着一个适当厚度导磁垫片18，其内圆大小与内磁环的内圆相同，其外圆直径比内磁环的外圆直径每面小一点(图中未画出)，以增强内磁环2、内磁环3两端外圆上的径向分磁力；若内磁环2、内磁环3两端外圆上的径向分磁力足够大，那么导磁垫片18的外圆可做成与内磁环的外圆大小相同。在非磁性轴套7两端分别固套一个涡轮6和17，轴套、涡轮、内磁环构成了本发明的内套。
在内磁环的外圆外离开轴承间隙，套轴向充磁的环形永磁体11、12，简称甲磁环，其充磁方向与内磁环2、3的充磁方向相同。在甲磁环11和甲磁环12之间夹着一个厚度与导磁垫片18的厚度相同的导磁垫片16，导磁垫片16的外圆大小与甲磁环的外圆相同，内圆直径比甲磁环的内圆直径每面大一点(图中未画出)。在甲磁环11、12的外端面上分别紧贴一个适当厚度导磁垫片8、15其外圆直径与甲磁环的外圆直径相等，其内圆直径比甲磁环的内圆直径每面大一点(图中未画出)。紧贴导磁垫片8、15的外端面分别配置一个轴向充磁的环形永磁体10、13，简称乙磁环，两个乙磁环的尺寸、充磁方向及性能参数与甲磁环相同。在内磁环2、3的外端面外，对称地配置两个相同的轴向充磁的环形永磁体1、4，简称丙磁环，两个丙磁环的内端面沿轴线方向分别向外离开内磁环2、3端面一个间隙尺寸，丙磁环1、4与内磁环2、3相对的端面极性相同；两个丙磁环1、4的外圆与乙磁环10、13的内圆相贴，丙磁环和乙磁环的端面齐平。在丙磁环1、4和乙磁环10、13的外侧端面分别配置一块中心有喇叭孔的导磁圆盘5、14，喇叭孔的小端直径与丙磁环1、4的内圆直径大小相同，喇叭孔的大端直径大小保证涡轮6、17放入时不擦碰喇叭孔壁为宜，导磁圆盘5、14的外圆与甲磁环11、12和乙磁环10、13的外圆相同。在导磁圆盘5、14的外圆与甲磁环11、12和乙磁环10、13的外圆固套一个非磁性圆筒9，其端面与导磁圆盘5、14的端面齐平，非磁性圆筒9起联接作用。导磁圆盘5和14、甲磁环11和12、乙磁环10和13、丙磁环1和4、非磁性圆筒9构成了本发明的外套。
组装时，用压力工装将内套与外套安要求沿轴向压紧，然后在冷却保护下，采取焊接工艺将非磁性圆筒与导磁圆盘焊接起来，也可用螺栓联接。
多个内磁环、多个甲磁环分别沿轴向直接相并后的径向磁分力大到满足要求，可去掉导磁垫片。
所述外套中的主磁通的方向是反时针(或顺时针)的，内套的内磁环2、3被甲磁环11和12、乙磁环10和13、丙磁环1和4包围，内磁环2、3的主磁通方向与丙磁环1和4的磁通方向相反，但它的主磁通方向又与甲磁环11和12的主磁通方向相同，即内磁环2、3在轴向与丙磁环1和4同极性相对，在轴向与甲磁环11和12充磁方向一致且平行相对；因为使内磁环2、3在材料、形状、尺寸、性能参数等方面相同，甲磁环1 1和12在材料、形状、尺寸、性能参数等方面相同，乙磁环10和13在材料、形状、尺寸、性能参数等方相同，丙磁环1和4在材料、形状、尺寸、性能参数等方面相同，本发明的内套中的环形永磁体与外套中的环形永磁体在径向和轴向总是同极性相对，所以本发明的内、外套在径向产生相等的磁斥力，在轴向也产生相等的磁斥力，使内、外套在径向、在轴向具有相对悬浮稳定性。
本实施方式除内、外套之间隙和涡轮进流间隙，再无任何空隙，轴承的内部空间装配了极多永磁体，结构简单紧凑，所以本发明单位体积承载能力大、刚度大。
本实施方式的内套上两端的涡轮6和17，随要支撑的轴高速旋转，将轴承所处环境的流体(不腐蚀表面处理过的金属和永磁体的流体如空气、惰性气体、清淡水、液态油等)旋压入内套和外套之间的间隙形成高压气垫或静液层，极大地增强了内套和外套的相对悬浮力，极大地遏制了内套和外套的相对跳动、摆动，轴的转速越高，效果越佳，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性。
实施方式2如图2示。当需要轴承外套转动，且内套被固定时，将实施方式1中的非磁性转套7、导磁圆盘5和14、涡轮6和1 7相应改成图2示所示的非磁性转套19、导磁圆盘20和22、涡轮21和23，而且使涡轮21和23分别与导磁圆盘20和22固接，使涡轮21和23的内圆与转套19的外圆分离开一间隙。
实施方式3如图3示。若实际中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式1或2所述的轴承不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。将实施方式1中的非磁性转套7、导磁圆盘5和14相应改成图3示所示的非磁性转套24、导磁圆盘25和26。
实施方式4如图4示。将内磁环、甲磁环分别做成一个，即内磁环为27，甲磁环变为28。
实施方式5如图5示。对于实施方式4的轴承，当需要轴承外套转动，且内套被固定时，将实施方式1中的非磁性转套7、导磁圆盘5和14、涡轮6和17相应改成图2示所示的非磁性转套19、导磁圆盘20和22、涡轮21和23，而且使涡轮21和23分别与导磁圆盘20和22固接，使涡轮21和23的内圆与转套19的外圆分离开一间隙。
实施方式6如图6示。若实际中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式4或5所述的轴承不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。将实施方式1中的非磁性转套7、导磁圆盘5和14相应改成图3示所示的非磁性转套24、导磁圆盘25和26。
实施方式7如图7示。将实施方式4(4中未注明的件号与图1所示的件号相同)中的乙磁环10和13、丙磁环1和4、导磁垫片8和15去掉，并将内磁环27、甲磁环28沿轴向向两端分别延长一个乙磁环(或丙磁环)厚度尺寸后(这样做的前提条件是改变后的磁环厚度使其充磁时并不困难)，内磁环27和甲磁环28分别变为30和29，这样的轴承结构简单。
实施方式8如图8示。对于实施方式7的轴承，当需要轴承外套转动，且内套被固定时，将实施方式1中的非磁性转套7、导磁圆盘5和14、涡轮6和17相应改成图2示所示的非磁性转套19、导磁圆盘20和22、涡轮21和23，而且使涡轮21和23分别与导磁圆盘20和22固接，使涡轮21和23的内圆与非磁性转套19的外圆分离开一间隙。
实施方式9如图9示。若实际中被支撑转轴的转速低，跳动和摆动很小，或者在真空环境中，那末，使用实施方式7或8所述的轴承不用配置涡轮，成为纯永磁悬浮轴承。实施方式1中的转套7、导磁圆盘5和14相应改成图3示所示的非磁性转套24、导磁圆盘25和26。
权利要求
1.一种永磁与涡轮复合轴承，其特征是该轴承由内套和外套组成，内套和外套上设置轴向充磁环形永磁体，外套上环形永磁体与内套上环形永磁体隔离一间隙同极性相对，所述内套或外套两端分别设置一个涡轮。
2.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是轴承有一个支撑转轴的非磁性轴套，轴套两端分别固套一个涡轮，非磁性轴套中部外圆上固套一个或多个轴向充磁的环形永磁体，称为内磁环，内磁环的尺寸、充磁方向及性能参数相同，若内磁环为多个，在相邻的两个之间夹一个导磁垫片，其内圆直径与内磁环的内圆直径相等，其外圆直径比内磁环的外圆直径小；非磁性轴套、涡轮、内磁环构成所述轴承的内套。
3.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是在内磁环的外圆外离开一间隙套轴向充磁的环形永磁体，简称甲磁环，其个数与内磁环的个数相等，所有甲磁环的尺寸及性能参数相同，其充磁方向与内磁环的充磁方向相同；在相邻的两个甲磁环之间夹一个导磁垫片，其厚度与内磁环之间的导磁垫片的厚度相同，其外圆直径与甲磁环的外圆直径相等，其内圆直径比甲磁环的内圆直径每面大；在多个甲磁环组成的甲磁环组的两个外端面上，分别配置一个与两个甲磁环之间的导磁垫片相同的导磁垫片；紧贴每个垫片的外端面分别配置一个轴向充磁的环形永磁体，简称乙磁环，两个乙磁环的尺寸、充磁方向及性能参数与甲磁环相同；在每个乙磁环内圆配置一个轴向充磁的环形永磁体，简称丙磁环，两个丙磁环的尺寸及性能参数相同，但充磁方向与甲磁环相反，两个丙磁环的内端面沿轴线方向分别向外离开内磁环端面一间隙，并且与内磁环端面同极性相对，丙磁环的外圆与乙磁环的内圆相贴，丙磁环的内圆比非磁性轴套的外圆每面大一间隙，丙磁环和乙磁环的端面齐平；在丙磁环和乙磁环的外侧端面上配置一块中心有喇叭孔的导磁圆盘，喇叭孔的小端直径与丙磁环的内圆直径大小相同，喇叭孔的大端直径大小保证涡轮转动时不擦碰喇叭孔壁，导磁圆盘的外圆与甲磁环和乙磁环的外圆相同；在导磁圆盘的外圆、甲磁环和乙磁环的外圆上固套一个非磁性圆筒，其端面与导磁圆盘的端面齐平；导磁圆盘、甲磁环、乙磁环、丙磁环、非磁性圆筒构成所述轴承的外套。
4.根据权利2-3中任一项所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是若多个内磁环、多个甲磁环分别沿轴向直接相并后的径向磁分力大到满足要求，可去掉导磁垫片。
5.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是外套中的主磁通的方向是反时针或顺时针的，内套的内磁环被甲磁环、乙磁环、丙磁环包围，它的主磁通方向与丙磁环的磁通方向相反，但它的主磁通方向又与甲磁环的主磁通方向相同，即内磁环在轴向与丙磁环同极性相对，在轴向与甲磁环充磁方向一致且平行相对。
6.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是轴承的内套作支撑旋转轴的载体，外套作为固定套；若去掉内套上的涡轮，另外设计涡轮及导磁圆盘的孔与窝，将涡轮与导磁圆盘固接，所述内套也可作支撑固定轴的固定套，外套作为转动套，即内套、外套的功能可同时互换。
7.根据权利要求3所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是可去掉所述轴承外套中的乙、丙磁环，同时将轴套及非磁性圆筒的轴向尺寸缩短两倍乙磁环的轴向尺寸。
8.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是在有些情况下应用，可不配置涡轮。
9.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是根据实际需要，内磁环、甲磁环的数量可增减。
10.根据权利要求1所述的永磁与涡轮复合轴承，其特征是不配置涡轮，可作为单向或多向减振器，也可作为单向或多向阻尼器。
全文摘要
本发明公开了一种永磁与涡轮复合轴承，解决现有磁悬浮轴承结构复杂、单位体积承载力小、运转稳定性差、应用受局限等问题。本发明由内套和外套组成，内套和外套上设置轴向充磁环形永磁体，外套上环形永磁体与内套上环形永磁体隔离一间隙同极性相对，从而使内套与外套因磁斥力而相对悬浮，所述内套(或外套)上两端分别配置一个涡轮，当内套(或外套)高速旋转时，涡轮将所处环境的流体旋压入内套和外套之间的间隙形成高压气垫或静液层，极大地遏制了内套和外套的相对跳动、摆动，从而极大地提高了轴承运转的稳定性、可靠性。本发明结构紧凑、刚度大、单位体积承载力大、运转稳定性高、用途广。
文档编号F16C32/04GK101070878SQ20061013765
公开日2007年11月14日 申请日期2006年11月2日 优先权日2006年11月2日
发明者刘新广 申请人:刘新广