CN101341348A - 电磁式磁浮机构轴承 - Google Patents

Abstract

一种电磁式磁浮机构轴承，其主要是由电磁铁、定子、转子、外套体、内套体以及电流控制器所组成。其中，该转子置于定子的中空处，与定子做一套合，并利用一种呈单一五角形块的电磁铁，让定子与转子上的电磁铁做交错，再利用电斥力原理，让两者间的电磁铁的磁性相互抗衡，致使电磁铁不会产生位移，使其能够达到稳定定位的功能。再通过外套体与内套体来包覆定子与转子，使其能够导磁以达到隔绝电磁力。并利用电流控制器来控制电流量的大小与电流的方向性，以达到增减电磁力的强度与磁极的方向。

Description

电磁式磁浮机构轴承 技术领域

本发明涉及一种电磁式磁浮机构轴承 背景技术

目前现有的轴承当中 ， 其种类繁多 按其用途及规格等来细分， 约超过数万多种， 因此归类颇为不易 若依照轴承的机能及相对运动 的方式区分， 约可分为滚动轴承及滑动轴承二大类， 且滚动轴承与滑 动轴承各有其优缺点

滚动轴承与滑动轴承相比较， 其优点在于所产生的摩擦力较低、 润滑简单、 可同时承受径向与推力的负载 、 忍受超载、 可与转轴 接合， 使激活扭矩较小， 而且当轴径相当时， 其所占的轴向空间也较 少； 然而， 滚动轴承价格较高 、 噪音大 、 所需的径向空间较大、 使用 寿命短、 承受震动的能力较差 ， 而且在破坏前并无预警的迹象， 以至 于容易造成整体机构的损坏■··等， 则为滚动轴承的缺点。

另外， 滑动轴承主要使用于负荷重 、 速度低及有冲击性的机械， 而滚动轴承则大半用于负荷轻 、 速度快 、 精度高、 无冲击性的机械， 但是这二类轴承都是具有其限制性， 例如摩擦问题就无法避免， 摩擦 力不仅损耗能量及机件， 也会产生高温， 致使机件因高温而产生变形， 而影响其精度， 甚至破坏整个设备， 且速度愈高时， 该问题会愈严重， 而为解决摩擦问题， 通常会配合适当的润滑油来降低摩擦系数， 来达 到改善的 目 的， 然而， 使用润滑油会产生污染问题， 严重时甚至会影 响到整个轴承的运作， 而且也不利于环保。

再者， 传统接触性的轴承装置， 不论如何的加以改善， 都无法完 全消除摩擦现象， 以致机构零件会因摩擦产生微粒漂浮于其中， 无法 符合目前高科技产业的需求， 因此为了解决摩擦问题， 即有业者朝非 接触式轴承的方向进行研发。 而目前现有的非接触式轴承主要分为三类 -

1 .空气轴承：其缺点是负荷大时会造成精度较差， 难以控制， 且刚 性不.佳， 可承受力量较小。

2.流体轴承：其刚性髙， 可承受负荷大， 成本也不高， 但是流体阻 尼太大， 且容易受温度影响， 进而影响精度。

3.磁浮轴承：目前被认为最具发展潜力的非接触式轴承， 它是根据 磁力作用的原理， 以借着磁场感应产生的磁浮力， 将转轴悬浮起来， 使得定子与转子之间不会相互接触。

由上可知， 相较于其它非接触式轴承， 磁浮轴承确实拥有许多优 点 -

1 .无旋转阻力， 转轴的转速可远髙于其它轴承

2 .不需要复杂的润滑系统或气压系统。

3 .使用寿命长、 维修成本低。

4.无磨擦， 可避免因摩擦所产生的阻抗、 噪立

曰 以及污染问题。

5 .用于非常低温或髙寘空状态等特殊工作环境 (如外层空间等）。

6.过主动式控制提供所需的刚性， 并有效抑制因高速运转时所产 生的振动问题。

然而， 磁浮轴承虽有如此多优点， 然其亦有某些问题存在 其缺 点如下 -

1 .电流流经电磁铁时， 会因为电磁铁的磁场线圈的电阻而发热， 进而造成能量上的损耗。

2.磁性电感较低。

3 .磁力线发散情形严重。

4.结构复杂且不易组装。

因此， 如何将目前的磁浮轴承的缺点做一改益 ， 成为业界普遍的

发明内容 本发明的主要 的是利用一种呈单一五角形块的电磁铁 让定子 与转子上的电磁铁做一交错， 再利用电斥力原.理， 让两者间的电磁铁 的磁性相互抗衡， 至使电磁铁不会产生位移， 使其能够达到稳定定位 的功能。

本发明的次要目 的是改变电磁铁的形状， 使其呈单一五角形块， 可达到改善磁力线发散的情况， 并通过改变磁束的分布来提升其机构 本身的刚性 ，

本发明的另一 目 的是提供一种电流控制器来控制电流里的大小 以增减电磁力的强度与磁极， 使其转子周围能够平均的受力 ， 以提高 磁性电感， 在本发明的设计下能将磁性轴承调到最适当的位置 ， 可防 止转子自理想路径中发生位移；

本发明的又一目的是通过磁浮作用使转轴转动时， 定子与转子不会因 互相摩擦， 致使能量损耗， 以使转轴可高速运转

为达上述的目的， 其本发明的电磁式磁浮机构轴承至少包含 ：

电磁铁 ， 呈单一五角形块， 而该电磁铁上具有一磁场线圈 定子， 其内侧包覆着复数个电磁铁， 该定子是用导磁材料所制成， 并 呈一中空圆环状；

转子， 其外侧包覆着复数个电磁铁， 该转子是用导磁材料所制成， 并呈一中空圆环状：

外套体， 将定子外侧包覆起来， 且该外套体由导磁材料制成， 以 达到隔绝磁性的效用 ；

内套体， 设于转子的内侧， 且该内套体由导磁材料制成 以达到 隔绝磁性的效用；

电流控制器， 用来控制电磁铁上电流的大小及方向性， 使其能改 变电磁力之强弱与磁极；

转子与定子做一 -¾· o ， 并利用呈单一五角形块的电磁铁 让定子 与转子上的电磁铁做一交错 ， 并利用电斥力的原理来产生磁旋涡， 让 两者间的电磁铁的磁性相互抗衡， 至使电磁铁不会产生位移 使其能 够达到稳定定位的功能。

当定子与转子交错时， 定子与转子的顶部及底^会有一间隙， 而 该间隙会比两者电磁铁之间的适当间隙要小： , 当转子转动超过负荷 时 ， 定子与转子的顶部及底部会相互碰撞， 可适时的保护定子与转子 两者间的电磁铁不会相互撞击， 并再通过外套体与内套体来包覆定子 与转子 ， 以导磁来隔绝电磁铁的磁性。

因为电磁铁的形状呈现为单一五角形块， 并将该电磁铁一块一块 的平行与垂直排列， 所以能够达到改善磁力线发散的情况， 并通过改 变磁束的分布来提升其本身的刚性。 而该电磁铁上的磁场线圈可以用 超导体材质来做环绕， 使其能够接近零电阻的状态， 进而达到增加电 流的能量的 目 的。

本发明具有以下的优点 -

1 .利用一种呈单一五角形块的电磁铁， 让定子与转子上的电磁铁 做一交错， 再利用电斥力原理， 让两者间的电磁铁的磁性相互抗衡， 至使电磁铁不会产生位移， 使其能够达到稳定定位的功能。

2.定子与转子上的电磁铁呈上下相互交错排列， 让定子与转子两 者间的电磁铁利用电斥力形成适当空隙， 且当定子与转子交错时， 定 子与转子的顶部及底部会有间隙， 而该间隙会比两者电磁铁之间的适 当间隙要小， 当转子转动超过负荷时， 定子与转子的顶部及底部会相 互碰撞 , 所以当转子转动超过负荷时， 可保护两者间的电磁铁不至于 相互撞击

3.将电磁铁形状改为单一五角形块， 以达到改善磁力线发散的情 况 并将电磁铁一块一块的平行与垂直排列于定子与转子上， 两者电 磁铁磁性最强的地方， 即是在于尖端处， 也就是两者相对应的部份， 使其能够达到改变磁束的分布来提升其本身的刚性。

4.可通过电流控制器来控制电流量的大小与电流的方向性， 以达 到增减电磁力的强度与磁极， 使其转子的周围能够平均的受力， 以提 同磁性电感； 且能将磁性轴承调到最适当的位置， 能防止转子自理想 路径中发生位移。

5 .利用 电斥力让转子做悬浮， 使转子在旋转时可达到无磨擦、 噪音、 低耗能、 反应速度快、 可使转子达到极高的转速。 附图说明

1 为本发明的分解示

图 2 为本发明中定子与转子放大分解示意图

图 3 为本发明中定子与转子的组合图；

4为本发明中定子与转子的剖面图；

图 4一 1 为本发明实施例定子与转子磁力分布示意图；

图 5 为本发明的示意图。 具体实施方式

如图 1、 2、 3、 4、 4- 1及图 5所示， 本发明的电磁式磁浮机构轴 承， 其至少包括：

电磁铁 3， 其形状呈单一五角形块， 而该电磁铁上具有磁场线圈

3 1；

定子 1 ， 该定子 1 内侧包覆着复数个电磁铁 3， 并将该复数个电 磁铁 3一块一块排列， 使其呈一中空圆环状， 且是用导磁材料所制成； 转子 2 ， 该转子 2 外侧包覆着复数个电磁铁 3， 并将该复数个电 磁铁 3一块一块排列， 使其呈一中空圆环状， 且系用导磁材料所制成； 外套体 4， 将定子 1 外侧以导磁材料包覆起来， 以达到隔绝磁性 的 的；

内套体 5， 设于转子 2 的内侧壁面， 并以导磁材料包覆起来， 以 达到隔绝磁性的 目 的；

电流控制器 6， 用来控制电磁铁 3 上电流的大小及方向性， 使其 能改变电磁力的强弱与磁极；

转子 2会置于定子 1 的中空处， 与定子 1 做一套合， 并利用呈单 一五角形块的电磁铁 3 , 让定子 1 与转子 2 上的电磁铁 3 做一交错， 并利用电斥力的原理来产生磁旋涡， 让两者间的电磁铁 3 之磁性相互 抗衡 形成适当间隙 , 致使电磁铁 3不会产生位移， 使其能够达到稳 定定位的功能 当定子 1 与转子 2交错时， 定子 1 与转子 2 的顶部及 底部会有一间隙 而该间隙会比两者电磁铁 3之间的适当间隙要小， 当转子 2转动超过负荷时，定子 1 与转子 2 的顶部及底部会相互碰撞， 可以保护电磁铁 3 不至于相互撞击。

该电磁铁 3 的形状系呈单一五角形块， 并将该电磁铁 3—块一块 的平行与垂直排列， 使其能够达到改善磁力线发散的情况， 并通过改 变磁束的分布来提升其本身的刚性。 透过外套体 4与内套体 5来包覆 定子 1 与转子 2， 而该外套体 4与内套体 5均由导磁材料所制成。

请参阅图 4- 1， 定子 1 与转子 2 上的电磁铁 3 相互交错时（如 ： 30 度、 45度. .等角度， 其最佳实施角度为 45度角）， a面与 b面相互排 斥， 而 c面与 d面相互排斥， 其转子 2在做动作时， 不会让电磁铁 3 产生位移， 使其能够达到定位的目 的， 让定子 1 与转子 2上的电磁铁 3 能够定位在其交错的正中间位置。

而电磁铁 3 上的磁场线圈 3 1 是可以用超导体材质来做环绕， 使 其能够接近零电阻的状态， 进而达到增加电流的能量。

本发明所提供的电磁式磁浮机构轴承在实施时， 是利用电流控制 器 6 来产生直流电或交流电， 并透过磁场线圈 3 1 来做传导， 以控制 电磁铁 3 的电磁力的强弱及磁极方向， 让转子 2做转动的动作， 并利 用固定架 7将本发明的电磁式磁浮机构轴承做固定。

其中， 当定子 1 的电磁铁 3嵌入部份为 S极的极性时， 而该转子 2 的 电磁铁 3 嵌入部份也必须为 S 极的极性。 定子 1 与转子 2 将电磁铁 3 嵌入的部份利用导磁材料所包覆起来， 所以嵌入的部份不会产生磁 性。

定子 1 与转子 2相对应的部份都为 N极， 利用同磁极相斥原理， 让定子 1 与转子 2之间形成间隙， 让转轴套设于本发明的电磁式磁浮 机构轴承上转动时， 因为定子 1与转子 2 的不相互接触， 进而达到无 摩擦、 无噪音及低耗能的 目的。 电磁铁 3上的磁极会因为电流控制器 6 的改变而有所不同， 且定子 1 与转子 2 两者电磁铁 3磁性最强的地 方， 即是尖端的部份， 也就是两者相对应的部份。

Claims (1)

1. 权利要求

   1 .一种电磁式磁浮机构轴承， 其特征在于： 它包含：

   电磁铁， 其形状呈单一五角形块， 而该电磁铁上具有磁场线圈； 定子， 该定子内侧包覆着复数个电磁铁， 且该定子用导磁材料所 制成；

   转子， 该转子外侧包覆着复数个电磁铁， 且该转子用导磁材料所 制成；

   外套体， 将定子外侧包覆起来， 且该外套体用导磁材料所制成， 以达到隔绝磁性的目 的'；

   内套体， 设于转子的内侧壁面， 且该内套体用导磁材料所制成， 以达到隔绝磁性的 目的；

   电流控制器， 用来控制电磁铁上电流的大小及方向性， 使其能改 变电磁力的强弱与磁极；

   将转子与定子做一套合， 并利用呈单一五角形块的电磁铁 ， 将定 子与转子上的电磁铁做一交错， 并利用电斥力的原理来产生磁旋 涡， 让两者间的电磁铁的磁性相互抗衡， 至使电磁铁不会产生位 移， 使其能够达到稳定定位的功能。

   2. . 根据权利要求 1 所述的电磁式磁浮机构轴承， 其特征在于 ： 其中 所述的电磁铁上的磁场线圈可利用超导体材质。

   3. 根据权利要求 1 所述的电磁式磁浮机构轴承， 其特征在于 ： 所述 的定子呈中空圆环状。

   4. 根据权利要求 1 所述的电磁式磁浮机构轴承， 其.特征在于 ： 所述 的转子呈中空圆环状。

   5. 根据权利要求 1 所述的电磁式磁浮机构轴承， 其特征在于 ： 所述 的电流控制器可提供直流电

   6. 根据权利要求 1 所述的电磁式磁浮机构轴承， 其特征在于： 所述的 电流控制器可提供交流电。