專利名稱：推力徑向雙向磁懸浮軸承的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及磁路理論和軸承技術，具體講是提供一種推力徑向雙向磁懸浮軸承。
背景技術：
現(xiàn)有的軸承按其功能分為推力軸承和徑向軸承，按其內部結構分為滑動和滾動軸承。在各類軸承中，均無法回避由于機械摩擦而產生的各類問題，首先是能量的損耗浪費，其次是由于溫度的升高而損壞軸承，第三是由于摩擦摩損而需要經常檢修和更換軸承。為了解決這些問題，多年來，人們?yōu)榇硕M行了不懈的努力，采用減少摩擦面、采用潤滑油潤滑、水冷卻降溫等措施，這些眾多措施雖也收到了一定的成效，但并不能從根本上解決問題，原因在于人們采用的這些措施均是以軸承機械接觸摩擦為依托。近年來已有人認識到應改變過去的研究思路，采用非機械接觸方式設計制造軸承，即磁懸浮軸承，這種新的實踐嘗試的設計思路雖然應該肯定，但是，目前的設計技術依然存在著一些問題，主要表現(xiàn)在有的設計沒有考慮到軸承所必須具備的承載力及承載力變化的隨機性、剛度、穩(wěn)定性和阻尼等技術指標，使其沒有使用價值，有的設計雖然考慮了以上技術指標，但附屬部件較多，一般需在軸承上加有支點或加有電磁控設備，由此也帶來一些新的問題，其實用性同樣受到了質疑。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有機械軸承和磁懸浮軸承在技術上存在的上述缺陷，提供一種即不需要機械摩擦、增設附屬部件，又能滿足軸承各種性能要求的推力徑向雙向磁懸浮軸承。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的在一個裝置內，設置有上下兩個轉子，一個定子。上轉子是一個水平放置的半圓球形旋轉體，下轉子是一個水平放置的橢圓形旋轉體。定子是一個與上、下轉子相互協(xié)調配套的固定不動的長方體。上、下轉子均和旋轉主軸固定連接在一起，通過在上、下轉子和定子上鑲嵌永磁性物體，使上、下轉子及定子周圍均產生多個滿足設計要求的空間分布磁場，這些空間分布磁場相互作用，并由此可以產生軸向和徑向磁力，其軸向和徑向磁力的大小及方向和旋轉主軸上所受到的機械外力密切相關，當旋轉主軸正常工作時，由空間分布磁場產生的軸向和徑向磁力正好和旋轉主軸上的機械軸向力及徑向力大小相等，方向相反，當旋轉主軸停止工作處于靜止狀態(tài)時，旋轉主軸的機械徑向力和軸向力變小或消失。隨著旋轉主軸上各種機械力的變化，自動調整各種懸浮磁力與之相對抗平衡是實現(xiàn)磁懸浮軸承正常穩(wěn)定運行的基本要求。
該實用新型具有一定的新穎性，具體體現(xiàn)在在申請日以前沒有同樣的發(fā)明或者實用新型，在國內外出版物上公開發(fā)表過，在國內外公開使用過或者以其它方式為公眾所知，也沒有同樣的發(fā)明或實用新型由他人向專利局提出過申請并且記載在申請日以后公布的專利申請文件中。
該實用新型也具有一定的創(chuàng)造性，具體體現(xiàn)在在申請日以前，國內外應用中的軸承基本是以機械摩擦技術為依托的軸承，其能量的損耗浪費問題，摩擦摩損而需要經常檢修和更換軸承的問題始終是不能回避的現(xiàn)實問題，國內外研究設計中的磁懸浮軸承由于沒有考慮到軸承所必須具備的承載力及承載力變化的隨機性、剛度、穩(wěn)定性和阻尼等技術指標，使其沒有使用價值，有的設計雖然考慮了以上技術指標，但附屬部件較多，一般需在軸承上加有支點或加有電磁控設備，由此也帶來一些新的問題，其實用性同樣受到了質疑。該實用新型提供一種即不需要機械摩擦、增設附屬部件，又能滿足軸承各種性能要求的推力徑向雙向磁懸浮軸，該實用新型從根本上改變了傳統(tǒng)機械軸承的核心技術，也對國內外研究設計中的磁懸浮軸承進行了實質性改進，和目前國內外各類軸承技術相比，具有突出的實質性特點和顯著的進步。
該實用新型也具有一定的實用性，具體體現(xiàn)在該實用新型能夠制造或者使用，并且能夠產生以下積極有益的效果(1)該實用新型由于使軸承的轉動部分和固定部分之間處于磁懸浮狀態(tài)，無機械摩擦和磨損，從根本上消除了傳統(tǒng)機械軸承由于機械摩擦和磨損而帶來的各種問題。
(2)該實用新型可使軸承功率消耗大幅下降，不需潤滑、冷卻等維護。
(3)該實用新型具有推力和徑向雙向磁懸浮功能，解決了傳統(tǒng)機械軸承功能單一問題。
(4)該實用新型結構簡單，制造容易，維修方便。
(5)該實用新型不僅比傳統(tǒng)機械軸承具有更高的安全可靠性，而且可使軸承的使用壽命大幅度提提高。
(6)該實用新型不需要附屬部件、不需要電磁控制設備，具有很強的運行穩(wěn)定性和磁力自動調整性。
(7)該實用新型可用于各種機械中，尤其是適用于軸向力較大的立式水泵、立式水輪機、立式汽輪機和立式發(fā)電機等機械中。


圖1是本實用新型的一實施例正面剖視圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是圖1的A-A剖視圖。
圖中，1.上轉子基體 2.上轉子永磁性半球面磁體 3.旋轉主軸4.卡環(huán) 5.卡箍 6.螺釘 7.直鍵 8.定子基體 9.定子上永磁性半球面磁體 10.下轉子基體 11.下轉子永磁性橢圓球面磁體 12.定子下永磁性橢圓球面磁體 13.機架 14.螺釘 15.耳柄 16.螺栓孔具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
在圖1、圖2、圖3中，上轉子基體(1)是由導磁材料制作而成，為半球體形狀，上轉子永磁性半球面體(2)是由永磁性材料制作而成，為半圓球面體，上面為N極，下面為S極，它通過粘連方法和上轉子基體(1)連接固定在一起，二者形成為一個可旋轉整體部件。在本實用新型中將此可旋轉的整體部件命名為上轉子，上轉子首先具有推力軸承推力頭的作用，它通過卡環(huán)(4)與旋轉主軸(3)連接在一起，并通過直鍵(7)進行扭矩傳遞，使上轉子和旋轉主軸(3)一起旋轉；上轉子第二個作用是增加旋轉主軸(3)的轉動慣量，使其旋轉具有一定的穩(wěn)定性；上轉子第三個作用是形成一個空間分布的永久磁場，并和定子一起形成懸浮磁力。旋轉主軸(3)是機械設備的旋轉主軸，該規(guī)格尺寸已標準化，本實用新型的規(guī)格尺寸應和旋轉主軸(3)的標準規(guī)格相匹配。卡環(huán)(4)是由鋼板切割制作而成，為圓環(huán)形狀，把它裝在旋轉主軸(3)的平行環(huán)鍵槽內，其作用就是使上轉子和旋轉主軸(3)在軸向進行連接固定?？ü?5)是由鋼板切割制作而成，為圓環(huán)形狀，它套在卡環(huán)(4)的外面，通過螺釘(6)和上轉子固定在一起，其作用是防止卡環(huán)(4)退出。螺釘(6)是標準件，其作用是將卡箍(5)和上轉子連接固定在一起。直鍵(7)是由鋼板制作而成，為長方體，把它放在旋轉主軸(3)軸向條形鍵槽內，其作用是將旋轉主軸(3)的轉矩傳遞給上轉子，使上轉子隨旋轉主軸(3)一起旋轉。定子基體(8)是由導磁性材料制作而成，外形為圓柱體形狀，為軸承固定不動部分，為了便于檢修和安裝，分為前后兩部分，它通過螺釘(14)和機架(15)連接固定在一起，該定子基體(8)的水平及軸向放置固定位置可以通過螺釘(14)的松緊進行調整。定子基體(8)的作用是一方面為定子永磁性磁體提供支撐、提供空間磁路；另一方面通過上、下轉子接受旋轉主軸(3)的軸向力和徑向力，并將軸向力和徑向力傳遞到機架(13)上。定子上永磁性半球面磁體(9)是由永磁性材料制作而成，為半圓球面體，上面為S極，下面為N極，該半球面磁體分為兩部分，以方便檢修安裝，它通過粘連方法和定子基體(8)連接固定在一起，它的作用是形成一個空間分布的永久磁場，并和上轉子一起產生懸浮磁力。下轉子基體(10)是由導磁性材料制作而成，為橢圓球體，中心有一圓孔，將旋轉主軸(3)穿進該圓孔，并用環(huán)氧樹脂粘合牢固，使主軸和下轉子基體成為一體。下轉子永磁性橢圓球面磁體(11)是由永久磁性材料制作而成，為橢圓球面體，它的里面為N極，外面為S極，它通過粘連方法和下轉子基體(10)連接在一起，二者形成一個可旋轉的整體部件，該整體部件稱為下轉子。下轉子具有兩個方面的作用，第一方面是進一步增加旋轉主軸(3)的轉動慣量，進一步增強旋轉主軸(3)的運行穩(wěn)定性；第二方面是形成一個空間分布的永久磁場，并和定子一起產生懸浮磁力。定子下永磁性橢圓球面磁體(12)是由永久磁性材料制作而成，為橢圓球面體，里面為S極，外面為N極，為了便于檢修和安裝，將該橢圓球面體分為兩部分，它通過粘連的方法和定子基體(8)連接固定在一起，該橢圓球面磁體的作用就是形成一個空間分布的永久磁場，并和下轉子一起產生懸浮磁力。機架(13)是由鋼板切割制作而成，為矩形形狀，它和機器設備焊接固定在一起，它的作用是承受軸承上的各種機械力，并傳遞到機器設備的基礎上。螺釘(14)為標準件，其作用是將定子基體(8)連接固定在機架(13)上，并通過其松緊調整定子基體(8)的水平及軸向的放置固定位置。耳柄(15)是由鋼板切割加工而成，為一矩形條，它和定子基體(8)焊接在一起，其作用是通過螺栓將定子基體(8)的前后兩部分連接固定在一起。螺栓孔(16)是一螺栓孔，它通過螺栓的緊固使定子基體(8)的前后兩部分連接固定在一起。
該實用新型的工作原理是這樣的圖1所示為立式機械設備正常工作狀態(tài)，也是額定工況，這時沿旋轉主軸(3)有一個向下的設計軸向機械力P機N，徑向力是隨機產生的。對于一般的正常運行立式機械設備來說，該軸向機械力P機也是變化的，當負荷增大時，向下軸向機械力P機＞P機N，當負荷減小時，向下軸向機械力P機＜P機N。使該實用新型隨著軸向機械力P機的變化而變化軸向懸浮磁力，隨著徑向機械力的隨機產生而產生徑向懸浮磁力，并平衡或消除軸向機械力和徑向機械力，是保證機械設備正常工作運行的基本要求。該實用新型的上轉子和定子所產生的懸浮磁力主要是用來平衡或消除旋轉主軸(3)上的向下軸向機械力P機，其次是用來平衡或消除旋轉主軸(3)上的隨機徑向力，以保證旋轉主軸(3)的軸向徑向穩(wěn)定；下轉子和定子所產生的懸浮磁力主要用來平衡或消除旋轉主軸(3)上的隨機徑向力，其次是平衡或消除向下向上軸向力，以進一步保證旋轉主軸(3)的軸向徑向穩(wěn)定。上、下轉子和定子所產生的分布懸浮磁力p1、p2，不僅和永久磁體的磁強有關，而且還和轉子和定子兩永久磁體之間的間隙有關，在該實用新型中由于采用各處等磁強的永久磁體，所以上、下轉子和定子所產生的分布的懸浮磁力p1、p2，只隨轉子和定子兩永久磁體之間的間隙而變化，間隙增大，p1、p2隨之減小，間隙減小，p1、p2隨之增大。當機械設備在額定狀態(tài)下運行時，即圖1中所示狀態(tài)，對于上轉子和定子來說，兩永久磁體之間的間隙均相等，由于兩永久磁體為半圓球面形狀，沿永久磁體的半圓球分布的p1均相等，由于該永久磁體的對稱性，由所有的p1所形成的懸浮磁力合力在軸向上的分力為p1磁，在徑向上的分力為零，而這時p1磁＝P機N。對于下轉子和定子來說，兩永久磁體之間的間隙也均相等，由于分布的懸浮磁力p2均相等，并且考慮到在沿永久磁體的橢圓球面分布上的對稱性，由p2所形成的懸浮磁力合力在軸向、徑向上的分力均為零。由此可見，這時的軸向總的懸浮磁力和軸向機械力、徑向總的懸浮磁力和徑向機械力均是相等平衡的。當機械設備的向下軸向力P機＞P機N時，旋轉主軸會向下進行微小移動，這時的上轉子和定子之間下部間隙減小，就是由于下部間隙減小，作用在上轉子上的分布懸浮磁力p1在沿永久磁體的半圓球下部會大幅增加，其懸浮磁力合力在軸向上的分力p1磁也要大幅增加，在徑向上的分力依然為零。在同時，下轉子和定子之間的下部間隙減小，上部間隙增加，這樣，由于下部分分布的懸浮磁力p2增大，上部分分布的懸浮磁力p2減小，致使作用在下轉子上的懸浮磁力合力在軸向上的分力p2礠大幅度增大。因此，旋轉主軸(3)在軸向機械力的作用下，向下的微小移動，即可使該實用新型軸向懸浮磁力迅速大幅增大，以消除或平衡旋轉主軸(3)的軸向機械力，這時P機＝P1磁+P2磁。同樣道理，主軸向上的微小移動，即可使該實用新型軸向懸浮磁力迅速減小，以保持軸向懸浮磁力和軸向機械力的平衡。由此可見，不管作用在旋轉主軸(3)上的軸向機械力P機如何變化，該實用新型均能在機械設備工作運行時，所允許其主軸軸向上下移動的范圍內，使軸向懸浮磁力和軸向機械力達到平衡，該實用新型在該方面具備良好的自動平衡性能。該實用新型不僅在軸向方向有著很強的自平衡穩(wěn)定性，而且在徑向方向同樣有著很強的自平衡穩(wěn)定性。當旋轉主軸(3)在受到某種徑向機械力作用時，主軸向某一徑向方向偏移，這時由于上、下轉子和定子間偏移側間隙減小，另一側間隙增大，而在上、下轉子上迅速產生兩個徑向懸浮磁力和前述徑向機械力相平衡，以保持旋轉主軸(3)徑向的穩(wěn)定性。
權利要求1.一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于在一個裝置里，設置有上轉子、下轉子和定子部件，上轉子與下轉子均和旋轉主軸(3)連接固定在一起，并隨其旋轉，定子部件為固定不動部件，并和上轉子、下轉子相匹配。
2.根據(jù)權利要求1所述一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于上轉子由上轉子基體(1)和上轉子永磁性半球面磁體(2)所組成，二者通過粘連方法連接固定在一起，從而形成上轉子。
3.根據(jù)權利要求1所述一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于下轉子由下轉子基體(10)和下轉子永磁性橢圓球面磁體(11)所組成，二者通過粘連方法連接固定在一起，從而形成下轉子。
4.根據(jù)權利要求1所述一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于定子部件是由定子基體(8)、定子上永磁性半球面磁體(9)和定子下永磁性橢圓球面磁體(12)所組成，三者通過粘連方法連接固定在一起，從而形成定子部件，定子部件水平徑向放置固定位置可以通過和機架(13)連接的螺釘(14)進行調整。
5.根據(jù)權利要求2所述一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于上轉子基體(1)是半圓球形體，由導磁性材料制作而成，上轉子永磁性半球面磁體(2)是半圓球面形體，由永磁性材料制作而成。
6.根據(jù)權利要求3所述一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于下轉子基體(10)是橢圓球形體，由導磁性材料制作而成，下轉子永磁性橢圓球面磁體(11)是橢圓球面形體，由永磁性材料制作而成。
7.根據(jù)權利要求4所述一種推力徑向雙向磁懸浮軸承，其特征在于定子基體(8)是圓柱體形體，由導磁性材料制作而成，定子上永磁性半球面磁體(9)是半圓球面形體，由永磁性材料制作而成，定子下永磁性橢圓球面磁體(12)是橢圓球面形體，由永磁性材料制作而成。
專利摘要本實用新型是針對現(xiàn)有機械軸承和磁懸浮軸承在技術上存在的缺陷，提供一種既不需要機械摩擦、增設附屬部件，又能滿足軸承各種性能要求的推力徑向雙向磁懸浮軸承。該實用新型可用于各種機械中，尤其是適用于軸向力較大的立式水泵、立式水輪機、立式汽輪機和立式發(fā)電機等機械中。
文檔編號F16C32/04GK2842055SQ200520117778
公開日2006年11月29日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權日2005年9月9日
發(fā)明者路金喜, 路新利, 杜貴榮, 董淑惠, 陳建起 申請人:河北農業(yè)大學