[发明专利]永磁磁浮轴承

说明书

技术领域

本发明涉及永磁磁浮轴承系统，特别涉及轴向永磁磁浮轴承和机械轴承组相组合的磁悬浮轴承系统。

背景技术

由于磁悬浮轴承没有机械接触，免维护，能运行于高速，不需要润滑，没有磨损，寿命长，因此在许多场合受到欢迎，并得到广泛应用。而永磁磁浮轴承由于是被动式的，结构简单，不需要复杂而昂贵且耗电的控制系统，因此更受到欢迎。

然而，欧肖定理(Earnshaw theorem-1842年被Samuel Earnshaw所证明)指出，单独依靠永磁体产生的磁力不可能使有六个自由度的磁性刚体(比如一个与悬浮磁体相连的带轴的飞轮，有六个自由度，三个转动自由度和三个平动自由度)在重力场中产生三维悬浮，所以永磁磁浮轴承不能单独运用，必须与其他悬浮或支撑方式相结合。这一点被许多发明人所忽视，以致提出一些不能实施的专利。

现有的永磁磁浮轴承的另一个缺点是其悬浮力和悬浮刚度小。这是其不能获得广泛应用的原因之一。

目前，有关永磁磁浮轴承的国内专利几乎都是根据磁极同性相斥的原理来构成的，其浮力和刚度很小。其适用范围局限于悬浮轻小的转子，如电度表的转子等。

发明内容

为了克服以上的缺点，本发明人结合本人先前的专利(专利号03114974.X，专利名称为“磁悬浮列车及其悬浮、导向和推进系统”)，在此提供一种磁悬浮和机械轴承相结合，而悬浮力和悬浮刚度都大得多，结构简单，不需要控制系统，而能量损耗很低和造价低廉的永磁磁浮轴承系统。

本发明的技术方案如下：这是一种永磁磁浮和机械轴承相结合的磁浮轴承系统，由磁环，间隔环，导磁环，飞轮或其他负载，主转轴和多个机械轴承组所组成，其特征在于：整个系统包括起轴向悬浮作用的磁浮轴承和起径向限位作用的机械轴承组。

磁浮轴承包含固定于基座上的静止磁阵列和固定于下安装板上的转动磁阵列；静止磁阵列由若干个固定于基座上的同轴的静止环形磁列所组成，转动磁阵列由若干个固定于下安装板上的同轴的转动环形磁列所组成；每一静止环形磁列和每一转动环形磁列都由若干个磁环和若干个间隔环沿轴向交替叠合而成；所有磁环的充磁方向是辐向向内或辐向向外，同一个磁列中相邻磁环的充磁方向相反，处于同一水平面上的磁环的充磁方向相同；为增加气隙中的磁通密度和减少磁通泄漏，在最外面的磁列的外侧和最里面的磁列的内侧紧贴有导磁环。

静止环形磁列和转动环形磁列同轴地交替排布，相邻的静止环形磁列和转动环形磁列之间留有气隙，使各转动环形磁列可以在静止环形磁列之间无碰擦地自由转动。

两个机械轴承组分别安装在主轴的上下两端，每一机械轴承组包括三个或三个以上的机械轴承，机械轴承的转轴与主转轴平行，并沿主转轴的外圆均布，主转轴和机械轴承的外表面接触，机械轴承的轴是固定不转的，主转轴在机械轴承的外表面的包络面内转动。

磁浮轴承的磁作用力在轴向产生悬浮力，机械轴承组则限制主转轴的径向平移和垂直于转轴方向的倾覆，使其形成一个稳定而阻力很小的旋转系统。这可用于飞轮储能。这称为(A)型磁浮轴承系统。

前述之(A)型磁浮轴承系统，可形成另一变形，其特征是：主转轴不转动，成为立柱，并垂直固定于基座上；下机械轴承组和转动磁阵列安装在下转动板上，下机械轴承组的轴承绕立柱均布，机械轴承的外缘和立柱接触，机械轴承组绕立柱旋转，上机械轴承组以相同的方式安装在上转动板上，上下转动板之间用结构件或风叶连接；其静止磁阵列和转动磁阵列与上述的(A)型磁浮轴承相同。静止磁阵列安装在基座上，转动磁阵列安装在下安装板上；整个转动系统由磁浮轴承抵消其重力，并通过上下机械轴承组可绕立柱旋转，这种结构适合于垂直轴风力发电机系统。这称为(B)型磁浮轴承系统。

前述之(A)型磁浮轴承系统中的机械轴承组可脱离磁浮轴承独立使用，其特征是：以轴向止推装置替代磁浮轴承，与机械轴承组配合使用，其机械轴承的直径大于主转轴的直径，主转轴可以垂直、水平或其他角度；主转轴在机械轴承组的机械轴承的外圆的包络面内转动。在此情况下，机械轴承的转速小于主轴的转速，因此可使用低速机械轴承为主转轴提供高速或超高速转动。

根据前述之(B)型磁浮轴承系统，其特征是：以机械止推装置代替磁浮轴承，结合上述之机械轴承组，且其机械轴承的尺寸小于立柱的尺寸，因此，可以用小的机械轴承来转动质量和尺寸都巨大的系统。

根据前述之(A)型磁浮轴承系统，其特征是：其主转轴是垂直的，倾斜的或水平的。

根据前述之(B)型磁浮轴承系统，其特征是：其立柱是垂直的或倾斜的或水平的。