[发明专利]均衡挤压径向悬浮环的磁悬浮轴承

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种均衡挤压径向悬浮环的磁悬浮轴承，该轴承利用端面边缘倒角(或不倒角)的磁环进行对应相互挤压，在通过倒角降低径向偏力的情况下，实现轴向悬浮；同时利用轴向充磁磁环内外侧面的磁场进行径向相互挤压，使其中的悬浮环受到稳定的径向挤压力，就可以实现悬浮环的径向悬浮。这样可以利用磁的挤压力支撑轴承的轴向径向载荷，实现轴承的全磁悬浮。属于磁悬浮技术领域。

背景技术

目前，完全由强磁稀土材料生产的磁悬浮轴承还没有研制出来，这主要是因为目前我们的磁物理学理论与实际钕铁硼材料的表磁特性存在一定差距。结果导致广大机械工程师都按照现有原理设计的磁悬浮轴承都不能实现磁悬浮。我们通过数年在不同地区长时间反复试验，最终发现钕铁硼永磁体的表磁规律，同时试验了动态挤压状态下的表磁和挤压力的变化情况，最终设计出这种磁悬浮轴承。

发明内容

本发明的原理是利用钕铁硼永磁环的端面表磁场，使其中的一个或多个磁环受到轴向挤压力，实现主轴的轴向悬浮；再利用钕铁硼永磁环的侧向表磁场，使其中的一个或多个磁环受到均衡径向挤压力，实现主轴的径向悬浮。在钕铁硼永磁体中，轴向充磁磁环的内外侧边缘存在与端面极性相反磁场，这种磁场的方向基本垂直于磁环的端面，会对处于磁环边缘的磁体产生作用力，也会对磁环端面上方的磁体产生作用力。在磁环端面受到另外一个同极磁环挤压时，其端面内外侧的反极磁场会成倍增加。这种反极磁场对挤压磁环的吸力也会增加。反之会对磁环产生挤压力。

为了克服反极磁场给对应同极挤压环产生的径向吸力，我们采用给磁环端面倒角的方式，使磁环端面内外侧的反极磁场远离端面，这样可以降低磁环端面挤压时，悬浮环受到的径向吸力。

钕铁硼永磁体加工成的轴向充磁磁环，其端面内外侧平行于端面的方向存在一种与端面相同且平行的磁场，这种磁场越靠近端面越强，由两端向中间逐渐衰减，磁环侧面的中间处为0。该侧面磁场是一种连续的环形磁场。与同样方向的磁环侧面磁场进行挤压时，能够产生较大的径向挤压力。且磁场不会因为被挤压而衰减。

如果将磁环的侧面加工成锥形斜面，其侧面环形磁场的方向仍然会平行与磁环的端面，不会随锥形角度的变化而改变。因此我们可以用锥形径向悬浮环取代圆柱形径向悬浮磁环，成为锥形环磁悬浮轴承。

这里还有一个距离与挤压力的问题。磁环轴向端面相互挤压时，其距离越近，挤压力越大。挤压力与距离半径的平方成反比。而利用磁环侧向磁场进行挤压时，距离与挤压力的关系不完全与轴向挤压力相同。在距离小于1毫米时，其挤压力的变化就不再是与距离半径的平方成反比。所以侧面磁场挤压情况有别于轴向磁场挤压情况。

但是当轴向充磁磁环的侧面挤压另外一个轴向充磁磁环侧面时，前面提到的垂直于端面的反极磁场同样存在，磁环侧面挤压产生径向挤压力同时，轴向吸力也非常大，这就导致轴向悬浮力降低。此时需要加大轴向悬浮磁环的体积和降低轴向吸力。降低径向挤压环之间的轴向吸力可以采用使两个相互径向挤压环的端面不在同一平面上，两端对称。另外还可以把轴向挤压环和径向挤压环分离，使轴向挤压环只负责轴向挤压，径向挤压环也单独负责径向挤压。这样都可以降低径向挤压时的轴向吸力。

本发明原理解决的问题所采用的技术方案是：在轴承套的内侧中间固定一个轴向挤压环，在轴承套的两端对称固定两个径向挤压环。两个悬浮环固定在主轴上，其轴向挤压端面分别与轴向挤压环的两个端面挤压，产生轴向悬浮力；两个悬浮环的外侧面分别与两个径向挤压环的内侧面相互挤压，使两个悬浮环处于径向悬浮状态。这种方案可以设计出磁悬浮轴承。

但是根据原理图(图1)所示，在两个磁环进行同极挤压时，其磁环端面外侧的反极会成倍增加。理论上这种反极场只要完全相对还是会产生斥力。但是实际试验中，两个相互轴向挤压磁环不能完全相对，这样边缘反极磁场就会对磁环端面上的对应挤压磁环产生吸力，这样就体现出两个磁环之间的径向偏力。另外还会降低轴向挤压力。根据原理图(图2)所示，磁环侧面存在一种与磁环端面平行的侧向磁场。当两个磁环利用其侧面磁场进行径向挤压时，其端面的轴向磁场会降低。这样就会导致整体轴向悬浮力降低。

所以就需要把轴向悬浮环和径向悬浮环分开。

另外主轴可以是空心结构。

附图说明

图1是本发明的磁环轴向挤压及表磁状况的径向剖面构造图。

图2是本发明的磁环径向挤压及表磁状况的径向剖面构造图。

图3是本发明的磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图4是本发明的悬浮环功能分开磁悬浮轴承的径向剖面构造图。

图5是本发明的轴向外挤压式磁悬浮轴承的径向剖面构造图。