一种永磁悬浮轴承的制作方法

1.本实用新型涉及磁悬浮领域，具体为一种永磁悬浮轴承。


背景技术：

2.磁悬浮在各行业都具有广阔的应用前景，但电磁悬浮的结构及控制比较复杂，且需要消耗大量的电能。超导悬浮则需要有液氮参与，成本很高。根据恩绍定理，永磁体的静态稳定悬浮是不可实现的，由于电磁悬浮的控制系统太复杂，超导悬浮要有液氮，成本昂贵，因而，探索永磁悬浮就有了吸力型和斥力型的许多专利。本技术实用新型人李国坤的永磁能论冲破了该理论，永磁能论认为永磁系统的静磁能越低就越稳定，通过数万次的实验验证了永磁的静态悬浮的实现，并应用在了一些领域，永磁悬浮轴承即是一项重要的应用，但目前的径向永磁悬浮轴承还是属于有支点微摩擦的轴承，不能完全摆脱摩擦力的影响，同时其可承受的径向力也较小。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种永磁悬浮轴承，不再需要机械轴承作为辅助微支点，可以克服现有的永磁悬浮轴承不能完全摆脱摩擦力的影响，同时其可承受的径向力也较小的缺点。
4.本实用新型的永磁悬浮轴承，包括环形的转子支架和至少三个套在所述转子支架外部轴向相邻之间紧密贴合的环形的转子磁体，所述转子支架可与一水平轴固定并随所述水平轴同步旋转，且相邻的转子磁体的外圆周的磁极极性相反，所述永磁悬浮轴承还包括环形的定子支架及环绕设在所述定子支架内壁上的多个第一定子磁体和多个第二定子磁体，所述转子磁体、第一定子磁体和第二定子磁体均为永磁体，所述第一定子磁体和第二定子磁体位于同一环形体上且均相对于同一个通过定子支架的轴线的垂直截面对称，第二定子磁体圆心角大于或等于195
°
，第二定子磁体的磁能积大于第一定子磁体的磁能积，多个所述第一定子磁体与多个转子磁体在轴向上一一对应设置，所述第一定子磁体内壁的磁极极性和与其相对的转子磁体的外壁的磁极极性相反，多个转子磁体和与其对应的第一定子磁体构成拉推磁路；多个第二定子磁体与多个转子磁体在轴向上一一对应设置，所述第二定子磁体内壁的磁极极性和与其相对的转子磁体的外壁的磁极极性相同，多个转子磁体和与其对应的第二定子磁体构成斥推磁路。
5.作为优选，第一定子磁体和转子磁体两种磁体的数量和贴合方式均相同，且两种磁体的轴向尺寸也相同。
6.作为优选，所述第二定子磁体的径向尺寸大于所述第一定子磁体的径向尺寸。
7.作为优选，所述第二定子磁体的轴向尺寸小于所述转子磁体的轴向尺寸，且第二定子磁体在轴向上相对于与其相对应的转子磁体居中设置。
8.作为优选，所述第一定子磁体的内径大于所述第二定子磁体的内径。
9.作为优选，所述第二定子磁体的最大磁能积为第一定子磁体的最大磁能积的1.2
及以上。
10.作为优选，第二定子磁体采用45sh钕铁硼磁铁，第一定子磁体采用35sh钕铁硼磁铁。
11.作为优选，所述第一定子磁体的圆心角115
°‑
130
°
，所述第二定子磁体的圆心角为195
°‑
205
°
。
12.作为优选，所述第二定子磁体的圆心角为200
°
，所述第一定子磁体的圆心角为130
°
。
13.作为优选，所述转子支架和定子支架采用非磁材料制成。
14.本实用新型的永磁悬浮轴承与现有技术相比具有以下有益效果：
15.1、本实用新型的永磁悬浮轴承的第一定子磁体和第二定子磁体均相对于同一个通过定子支架的轴线的轴向截面对称。当本实用新型的永磁悬浮轴承安装在水平的旋转轴上时，第一定子磁体位于第二定子磁体上方，且上述轴向截面此时为垂直于水平面的平面。在转子支架的重力 转子磁体的重力 旋转轴重力 负载重力的作用下(没有其它外力作用)，转子磁体的轴线、旋转轴的轴线和定子支架的轴线重合，即转子磁体位于定子支架的中心。本实用新型的永磁悬浮轴承在应用时，其转子支架的内壁与水平的旋转轴固定，并在可旋转轴的带动下与旋转轴同步旋转。转子的受力情况如下，在向下的方向上，转子支架的重力 转子磁体的重力 旋转轴重力 负载重力＝g，向上的力为第一定子磁体对多个转子磁体组成的拉推磁路产生的异极吸力f吸和第二定子磁体对多个转子磁体组成的斥推磁路产生的同极斥力f斥，f吸 f斥＝g，两个向上的力大大增加了悬浮力和稳定刚度。当旋转轴受到向下的外力而向下移动时，f斥增大阻止旋转轴继续向下移动，当受到向上的外力时，f斥减少阻止旋转轴继续向上移动。本实用新型的永磁悬浮轴承通过第一定子磁体对转子磁体产生的f吸和第二定子磁体对转子磁体产生的f斥共同作用，可明显提高其承受的负载及在轴向向下的方向的外力。本实用新型中第一定子磁体位于环形的上部，第二定子磁体位于环形的下部，第二定子磁体圆心角大于或等于195
°
且径向尺寸大于所述第一定子磁体，根据本技术实用新型人的永磁能论，永磁系统力图其永磁能最低。因而，水平方向有轴向斥力左右自稳定；上下靠上面拉推磁路吸力薄、小角度、低性(磁)能因而其负刚度小，绝对值大大小于斥力磁路的正刚度而稳定。轴向设计让下斥推磁路轴向窄一些，因而轴向也是正刚度，实现永磁悬浮。
16.2、本实用新型的永磁悬浮轴承的第一定子磁体的圆心角115-130
°
，第二定子磁体的圆心角为195
°‑
205
°
，当本实用新型的永磁悬浮轴承安装在水平的旋转轴上时，第一定子磁体在上，第二定子磁体在下，上述轴向截面此时为垂直于水平面的平面，第二定子磁体的两端伸至通过轴线的水平面的上方。此特征结合“增大第二定子磁体的体积、使第二定子磁体更靠近转子磁体及使第二永磁体采用具有较高的最大磁能积的材料”这三种措施中的一种或两种或三种，当旋转轴受到水平方向上的外力而在水平方向上偏移时，第二定子磁体对转子磁体产生的与外力相反方向的斥力可更大，更容易阻止旋转轴进一步偏移，因而转子磁体在水平方向上可获得更大的稳定性。
附图说明
17.图1为本实用新型一实施例的永磁悬浮轴承的轴向剖面示意图。
18.图2为本实用新型一实施例的永磁悬浮轴承的径向剖面示意图。
19.图3为本实用新型另一实施例的永磁悬浮轴承的轴向剖面示意图。
20.图4为本实用新型另一实施例的永磁悬浮轴承的径向剖面示意图。
21.附图标记
22.1转子支架，2转子磁体，3定子支架，4第一定子磁体，5第二定子磁体，6旋转轴。
具体实施方式
23.本实用新型提供一种永磁悬浮轴承，可应用于水平轴，如图1和图2所示，永磁悬浮轴承包括环形的转子支架1和至少三个套在所述转子支架1外部轴相邻之间紧密贴合的环形的转子磁体2，多个转子磁体2沿所述转子支架1的轴线排列，且相邻的转子磁体2的外圆周的磁极极性相反，所述永磁悬浮轴承还包括环形的定子支架3及环绕设在所述定子支架3内壁上的多个第一定子磁体4和多个第二定子磁体5，所述转子磁体2、第一定子磁体4和第二定子磁体5均为永磁体。第一定子磁体4和转子磁体2的数量和贴合方式均相同，且两种磁体的轴向尺寸也相同，所述第二定子磁体5的轴向尺寸小于所述转子磁体2的轴向尺寸，如此,轴向设计让下斥推磁路轴向窄一些，因而轴向也是正刚度，实现轴向的永磁悬浮。所述第一定子磁体4和第二定子磁体5位于同一环形体上，构成同一环形体的两个不同部分，且二者均相对于同一个通过定子支架的轴线的垂直截面对称，所述垂直截面与水平面垂直，第一定子磁体4位于环形的上部，第二定子磁体5位于环形的下部。在本实施例中，所述第一定子磁体4的圆心角的圆心与第二定子磁体5的圆心角的圆心重合。第二定子磁体5圆心角大于或等于195
°
且其径向尺寸大于所述第一定子磁体4的径向尺寸，第二定子磁体5的磁能积大于所述第一定子磁体4的磁能积。多个所述第一定子磁体4与多个转子磁体2在轴向上一一对应设置，所述第一定子磁体4内壁的磁极极性和与其相对的转子磁体2的外壁的磁极极性相反，多个转子磁体2和与其对应的第一定子磁体4构成拉推磁路；多个第二定子磁体5与多个转子磁体2在轴向上一一对应设置，且第二定子磁体5在轴向上相对于与其相对应的转子磁体2居中设置，相邻的第二定子磁体5之间具有间隙，或者在相邻的第二定子磁体5之间填充有与定子支架3相同的材料，所述第二定子磁体5内壁的磁极极性和与其相对的转子磁体2的外壁的磁极极性相同，多个转子磁体2和与其对应的第二定子磁体5构成斥推磁路。转子支架1和定子支架3均采用非磁材料制成，该材料不会影响转子磁体2、第一定子磁体4和第二定子磁体5的磁场。
24.本实用新型的永磁悬浮轴承在应用时，其转子支架1的内壁与水平的旋转轴6固定，并在可旋转轴6的带动下与旋转轴6同步旋转。旋转轴的受力情况如下：向下的力包括，转子支架1的重力 转子磁体2的重力 旋转轴6重力 负载重力＝g，负载为与旋转轴6固定的部件。向上的力为第一定子磁体4对对个转子磁体2组成的拉推磁路产生的异极吸力f吸和第二定子磁体5对多个转子磁体2组成的斥推磁路产生的同极斥力f斥，f吸 f斥＝g，两个向上的力大大增加了悬浮力和稳定刚度。当旋转轴6受到向下的外力而向下移动时，f斥增大阻止旋转轴6继续向下移动，当受到向上的外力时，f斥减少阻止旋转轴继续向上移动。本实用新型的永磁悬浮轴承通过第一定子磁体4对转子磁体2产生的f吸和第二定子磁体5对转子磁体2产生的f斥共同作用，可明显提高其承受的负载及在轴向向下的方向的外力。本实用新型的永磁悬浮轴承的第一定子磁体4和第二定子磁体5均相对于同一个通过定子支架3
的轴线的轴向截面对称。当本实用新型的永磁悬浮轴承安装在水平的旋转轴6上时，第一定子磁体4位于第二定子磁体5上方，且上述轴向截面此时为垂直于水平面的平面。在转子支架的重力 转子磁体的重力 旋转轴重力 负载重力的作用下(没有其它外力作用)，转子磁体的轴线、旋转轴的轴线和定子支架的轴线重合，即转子磁体位于定子支架的中心，此时，第一定子磁体4与转子磁体2之间具有径向间隙d。
25.如图1所示，第一定子磁体4、第二定子磁体5和转子磁体2在轴向上的尺寸相同，可多个所述第一定子磁体4与多个转子磁体2在轴向上一一对应地对齐，多个第二定子磁体5与多个转子磁体2在轴向上一一对应地对齐，从而使得转子磁体2相对于第一定子磁体4和第二定子磁体5处于最稳定的状态。
26.如图2所示，所述第二定子磁体5在其径向上的尺寸大于所述第一永磁体在其径向上的尺寸，这使得在第一定子磁体4和第二定子磁体5采用的材料相同时，体积越大，其产生的磁能越大。如图2所示，第一定子磁体4的内径大于所述第二定子磁体5的内径，这样，第二定子磁体5更加靠近转子磁体2，对转子磁体2的作用力更大，使得转子可承载的径向向下的负载和外力更大，因而在上下方向上更加稳定。
27.在另一实施例中，如图3和图4所示，所述第二定子磁体5在其径向上的尺寸大于所述第一定子磁体4在其径向上的尺寸，同时所述第一定子磁体4的内径等于所述第二定子磁体5的内径，第一定子磁体4的外径大于所述第二定子磁体5的外径，此时需要定子支架3与第二定子磁体5相对的部分的内径大于定子支架3与第一定子磁体4相对的部分的内径。
28.退磁曲线上任何一点的b和h的乘积即称为磁能积，而b和h的乘积的最大值称为最大磁能积，为退磁曲线上的d点。最大磁能积是衡量磁体所储存能量大小的重要参数之一。作为优选的方案，所述第二定子磁体5的最大磁能积为第一定子磁体4的最大磁能积的1.2及以上。当本实用新型的永磁悬浮轴承安装在水平的旋转轴6上时，第二定子磁体5可提供更大的斥力从而可承受更大的径向向下的负载和外力。在本实施例中，第二定子磁体5采用45sh钕铁硼磁铁，第一定子磁体4采用35sh钕铁硼磁铁。无论是增大第二定子磁体5的体积、使第二定子磁体5更靠近转子磁体2及使第二永磁体采用具有较高的最大磁能积的材料，都是为了使第二定子磁体5可承受更大的径向向下的负载和外力，这三种措施可以择一或者两两组合或者三者组合使用。
29.作为优选的方案，所述第一定子磁体4的圆心角115-130
°
，所述第二定子磁体5的圆心角为195
°‑
205
°
，第一定子磁体4的端部与第二定子磁体5的端部不接触，保持二者的磁场不会相互影响。当本实用新型的永磁悬浮轴承安装在水平的旋转轴6上时，第一定子磁体4在上，第二定子磁体5在下，上述轴向截面此时为垂直于水平面的平面，第二定子磁体5的两端伸至通过轴线的水平面的上方。关于圆心角的特征结合“增大第二定子磁体5的体积、使第二定子磁体5更靠近转子磁体2及使第二永磁体采用具有较高的最大磁能积的材料”这三种措施中的一种或两种或三种，当旋转轴6受到水平方向上的外力而在水平方向上偏移时，第二定子磁体5对转子磁体2产生的与外力相反方向的斥力可更大，更容易阻止旋转轴6进一步偏移，因而转子磁体2在水平方向上可获得更大的稳定性。在本实施例中，所述第二定子磁体5的圆心角为200
°
，所述第一定子磁体4的圆心角为130
°
。
30.以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本实用新型的实质和保护范围内，对
本实用新型做出的各种修改或等同替换也落在本实用新型的保护范围内。