[发明专利]基于陀螺效应的永磁悬浮轴承

说明书

技术领域

本发明涉及机械零件技术领域，具体涉及一种轴承，更具体的涉及一种基于陀螺效应的永磁悬浮轴承。

背景技术

目前，永磁悬浮轴承有径向和轴向两种，其结构是：径向悬浮轴承由大小不同的两个环形磁环组成，小磁环套在大磁环内，两环长短一样，均轴向充磁，方向相同，两环之间的斥力产生径向力，达到径向悬浮的效果；轴向悬浮轴承由大小相同的磁环组成，左右或上下同轴同心排列，均轴向充磁且方向相反，两环之间的斥力产生轴向力，起到轴向悬浮的作用。

1839年，英国科学家Samuel Earnshaw从理论上证明了在仅由永磁体构成的静磁场中磁体不可能在所有自由度上实现稳定平衡。因此，目前的永磁轴承若要实现稳定悬浮必须至少在一个自由度上依靠电磁轴承或超导磁悬浮轴承或抗磁性悬浮，否则无法完全悬浮。Earnshaw定理认为静态永磁悬浮不可能达到稳定平衡，而利用陀螺效应的磁悬浮陀螺，则证明当转速超过临界值，旋转体能够实现稳定的永磁悬浮。可见，陀螺效应与Earnshaw定理是可共存的。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于陀螺效应的永磁悬浮轴承。具体技术方案如下：

一种基于陀螺效应的永磁悬浮轴承，包括转轴、对称安装在所述转轴两端的两组磁体组；所述磁体组包括固定在定子侧的第一环形磁铁、第二环形磁铁，以及固定在转子侧的第三环形磁铁；所述第一环形磁铁与所述第二环形磁铁上下间隔设置，所述第二环形磁铁与所述第三环形磁铁同轴同心设置，所述第二环形磁铁内径尺寸大于所述第三环形磁铁外径尺寸，所述第一环形磁铁与所述第三环形磁铁轴向排斥，所述第二环形磁铁与所述第三环形磁径向排斥。

根据本发明提供的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承，其利用转子高速旋转时产生的陀螺力矩承受全永磁轴承系统的微量不平衡力矩和外力矩，使其在轴向和径向均具有一定承载力，旋转体转速高于临界转速时，可不依靠外部场提供能量，利用陀螺效应实现超低功耗的永磁悬浮。而且转子中磁铁少于定子中磁铁质量，使转子相对密度降低，可相对的提高装置的能量密度，且增加了单位磁铁所能提供的负载能力。

另外，根据本发明上述实施例的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个示例，还包括在定子与转子相接触时对装置进行保护的保护轴承，所述保护轴承安装在永磁悬浮轴承上和/或安装在定子与转子之间。

根据本发明的一个示例，所述保护轴承包括径向保护轴承和轴向保护轴承，所述径向保护轴承安装在所述第一环形磁铁的内圈，所述轴向保护轴承安装在定子侧和/或转子侧。

根据本发明的一个示例，所述第一环形磁铁与所述第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元的位置可互换。

根据本发明的一个示例，所述磁体组包括多个第一环形磁铁和第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元，所述第一环形磁铁和所述第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元交错间隔布设。

根据本发明的一个示例，所述磁体组包括一个第一环形磁铁和两组第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元，所述第一环形磁铁置于所述两组第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元之间。

根据本发明的一个示例，所述磁体组包括两个第一环形磁铁和一组第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元，所述第二环形磁铁、第三环形磁铁组成的单元置于所述两个第一环形磁铁之间。

根据本发明的一个示例，所述磁体组的材质包括永磁铁。

根据本发明的一个示例，所述永磁铁为合金永磁铁。

根据本发明的一个示例，所述第二环形磁铁与所述第三环形磁铁间隙配合。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明一种实施例的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承的结构示意图；

图3为本发明再一种实施例的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承的结构示意图；

图4为本发明再一种实施例的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承的结构示意图；

图5为本发明再一种实施例的基于陀螺效应的永磁悬浮轴承的结构示意图。

具体实施方式