CN110637168B - 磁性轴承 - Google Patents

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Abstract

提供了一种可充分地抑制推力方向的变动且组装简单并可小型化的磁性轴承。环状的第一磁铁(11)在轴向上被磁化。环状的第二磁铁(12)与第一磁铁配置成同心状，且在轴向上被磁化。第一磁性体(13)设置于第二磁铁(12)的轴向的第一面。第二磁性体(14)设置于第二磁铁(12)的轴向的与第一面平行的第二面。第一磁性体(13)及第二磁性体(14)的厚度在第二磁铁(12)相对于第一磁铁(11)的轴向的容许变动量以下且0.1mm以上。

Description

磁性轴承
技术领域
本发明的实施方式涉及适用于例如与扫描仪或风扇一体化的马达的磁性轴承。
背景技术
适用于例如将风扇和马达一体化的所谓风扇马达的空气动压轴承具备例如磁性轴承。通过该磁性轴承，抑制马达的例如旋转轴在推力方向(轴向)上变动。
磁性轴承例如由环状的两个磁铁构成，通过两个磁铁的磁性的相互作用、例如吸引力，抑制旋转轴沿推力方向变动(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－344129号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在所述磁性轴承中，在两个磁铁的推力方向的变动量大的情况下，可以通过增加两个磁铁的体积、或使用磁力强的材料，得到必要的吸引力。但是，在该情况下，产品难以小型化。
另外，通过在磁性轴承上使用大量的磁轭，也可以得到必要的吸引力。但是，在该情况下，为了使各磁轭的磁中心一致，需要耗费大量的组装工时。而且，在各磁轭的磁中心不一致的情况下，存在径向(与轴交叉的方向)的力增大，设置磁性轴承的例如马达的寿命变短的问题。
本发明的实施方式提供一种可充分地抑制推力方向的变动，且组装简单并可小型化的磁性轴承。
用于解决问题的技术方案
本实施方式提供一种磁性轴承，其具备：环状的第一磁铁，其在轴向上被磁化；环状的第二磁铁，其与所述第一磁铁配置成同心状，在所述轴向上被磁化；第一磁性体，其设于所述第二磁铁的所述轴向的第一面；以及第二磁性体，其设于所述第二磁铁的所述轴向的与第一面平行的第二面，所述第一磁性体及所述第二磁性体的厚度为所述第二磁铁相对于所述第一磁铁的所述轴向的容许变动量以下且0.1mm以上。
发明效果
本发明可以提供一种可充分抑制推力方向的变动，且组装简单并可小型化的磁性轴承。
附图说明
图1是表示第一实施方式的磁性轴承的一例的立体图。
图2是沿着图1所示的II－II线的剖视图。
图3是表示第一实施方式的变形例的剖视图。
图4是为了说明磁性轴承的容许变动量的图。
图5是用于说明图2的作用的图。
图6是用于说明图3的作用的图。
图7是表示第二实施方式的磁性轴承的一例的剖视图。
图8是表示第二实施方式的变形例的剖视图。
图9是用于说明图7的作用的图。
图10是用于说明图8的作用的图。
图11是表示应用本实施方式的离心风扇的一例的剖视图。
图12是表示应用本实施方式的轴流风扇的一例的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施方式。附图中对同一部分标注同一符号。
(第一实施方式)
图1、图2表示第一实施方式的磁性轴承10。
磁性轴承10将环状的第一磁铁11和环状的第二磁铁12配置成同心状。即，在第一磁铁11的外侧隔开规定间隔配置有第二磁铁12。如后所述，第一磁铁11设于例如马达的固定的轴上，第二磁体12固定于相对于马达的轴可旋转地设置的作为旋转部件的轮毂24。
如图2所示，第一磁铁11例如将第一面(正面)侧磁化为N极，将第二面(背面)侧磁化为S极，第二磁铁12例如将第一面(正面)侧磁化为S极，将第二面(背面)侧磁化为N极。因此，在第一磁铁11与第二磁铁12之间作用吸引力。
在第二磁铁12的第一面上设有环状的第一磁轭13，在第二面上设有环状的第二磁轭14。
但是，并不限定于此，也可以如图3所示的变形例，在第一磁铁11的第一面上设置第一磁轭13，在第一磁铁11的第二面上设置第二磁轭14。
第一磁轭13及第二磁轭14例如由Fe－Si、Fe－Co等磁性材料构成。
在图2的情况下，第一磁轭13及第二磁轭14的宽度仅仅比第二磁铁12的宽度W2向两侧加宽W3。
另外，在图3的情况下，第一磁轭13及第二磁轭14的宽度仅仅比第一磁铁11的宽度W1向两侧加宽W3。
如图2所示，在将第一磁轭13及第二磁轭14安装于第二磁铁12上，且使第一磁轭13及第二磁轭14和第二磁铁12的磁中心一致的状态下，在第一磁轭13及第二磁轭14和第一磁铁11之间设置间隙。
如图3所示，在将第一磁轭13及第二磁轭14安装于第一磁铁11上，且使第一磁轭13及第二磁轭14和第一磁铁11的磁中心一致的状态下，在第一磁轭13及第二磁轭14和第二磁铁12之间设置间隙。
在第一实施方式中，第一磁铁11的厚度T1与第二磁铁12的厚度T1相等，第一磁轭13的厚度T2与第二磁轭14的厚度T2相等。
第一磁轭13与第二磁轭14的厚度T2如下设定。
图4表示第一磁铁11与第二磁铁12在推力方向的变动量和吸引力的关系，且表示图2所示的第一实施方式的结构、图3所示的第一实施方式的变形例的结构、以及从图2、图3中删除了磁轭的情况的结构的例子。
在图4中，图3所示的结构与图2所示的结构相比，吸引力大。其理由是因为，设有第一磁轭13的第一磁铁11的宽度W1比第二磁铁12的宽度W2大，且第一磁铁11的磁力比第二磁铁12的磁力强。
图4表明，第一磁铁11和第二磁铁12的吸引力在推力方向的变动量为大致1mm时达到最大，在图2所示的结构和图3所示的结构的情况的情况下，在变动量为约1.5mm以前，可以得到与不使用磁轭的情况的最大吸引力大致相同程度的吸引力。在将第一磁铁11和第二磁铁12的容许变动量规定为1.5mm以下的情况下，第一磁轭13和第二磁轭14的厚度T2在推力方向的容许变动量以下且0.1mm以上的范围内。具体而言，第一磁轭13和第二磁轭14的厚度T2被确定为0.1mm以上且1.5mm以下的范围，当考虑磁性轴承10整体的厚度和必要的吸引力时，希望为0.5mm以上且1.0mm以下的范围，优选为大致0.5mm。
此外，当第一磁轭13和第二磁轭14的厚度T2低于0.1mm时，会产生磁性饱和，因此，不优选设为低于0.1mm。
图5、图6是表示第二磁铁12相对于第一磁铁11在推力方向上最大限度变动的情况。
如图5所示，由于第一磁轭13具有推力方向的容许变动量以下且0.1mm以上的厚度T2，所以即使第二磁铁12相对于第一磁铁11在推力方向上最大限度地变动的情况下，第一磁轭13仍可以位于第一磁铁11的侧面。因此，磁力集中在第一磁轭13和第一磁铁11之间，能够得到充分的吸引力。
另外，如图6所示，由于第二磁轭14具有推力方向的容许变动量以下且0.1mm以上的厚度T2，所以即使第二磁铁12相对于第一磁铁11在推力方向上最大限度地变动的情况下，第二磁轭14仍可以位于第二磁铁12的侧面。因此，磁力集中在第二磁轭14和第二磁铁12之间，可以得到充分的吸引力。
(第一实施方式的效果)
根据上述第一实施方式，将第一磁铁11与第二磁铁12配置成同心状，第一磁铁11和第二磁铁12中的一方具有第一磁轭13和第二磁轭14，且第一磁轭13及第二磁轭14具有与第一磁铁11和第二磁铁12的变动量的容许量大致相等的厚度H2。因此，即使在第二磁铁12相对于第一磁铁11变动的情况下，也可以得到充分的吸引力，可以抑制第二磁铁12相对于第一磁铁11的变动。
另外，第一磁轭13及第二磁轭14设于第一磁铁11和第二磁铁12中的一方。因此，相较于在第一磁铁11和第二磁铁12双方设置第一磁轭13及第二磁轭14的情况，能够减少磁轭的数量，且在组装时容易使第一磁轭13及第二磁轭14的磁中心和第一磁铁11或第二磁铁12的磁中心一致。从而，可简化组装作业。
而且，由于第一磁轭13及第二磁轭14被设于第一磁铁11和第二磁铁12中的一方，所以可以降低轴承整体的径向方向上的力。因此，可以防止第一磁轭13和第二磁轭14的磁中心在径向上偏心，可以防止设置磁性轴承10的例如马达的零件的接触。因此，能够延长马达的寿命。
(第二实施方式)
图7、图8表示第二实施方式的磁性轴承的例子。
在第一实施方式中，第一磁铁11和第二磁铁12的厚度相等。与之相对，在第二实施方式中，第一磁铁11(11a)和第二磁铁12(12a)的厚度不同。
在图7中，第一磁轭13及第二磁轭14设于第二磁铁12上。第一磁铁11a的厚度T3比第二磁铁12的厚度T1厚，且比第二磁铁12的厚度T1、第一磁轭13的厚度T2以及第二磁轭14的厚度T2的合计厚度薄。
在图8中，第一磁轭13及第二磁轭14设于第一磁铁11上。第二磁铁12a的厚度T3比第一磁铁11的厚度T1厚，且比第一磁铁11的厚度T1、第一磁轭13的厚度T2以及第二磁轭14的厚度T2的合计厚度薄。
图9、图10表示第二磁铁12相对于第一磁铁11在推力方向上最大限度变动的情况。
如图9所示，第一磁铁11a具有厚度T3，该厚度T3比第二磁铁12的厚度T1厚，且比第二磁铁12的厚度T1、第一铁轭13的厚度T2以及第二磁轭14的厚度T2的合计厚度薄。因此，即使在第二磁铁12相对于第一磁铁11a在推力方向上最大限度变动的情况下，第一磁轭13仍可以位于第一磁铁11a的侧面。因此，磁力集中在第一磁轭13和第一磁铁11a之间，可以得到充分的吸引力。
另外，如图10所示，第二磁铁12a具有厚度T3，该厚度T3比第一磁铁11的厚度T1厚，且比第一磁铁11的厚度T1、第一磁轭13的厚度T2以及第二磁轭14的厚度T2的合计厚度薄。因此，即使在第二磁铁12a相对于第一磁铁11在推力方向上最大限度变动的情况下，第二磁轭14仍可以位于第二磁铁12a的侧面。从而，磁力集中在第二磁轭14和第二磁铁12a之间，可以得到充分的吸引力。
(第二实施方式的效果)
通过第二实施方式也可以得到与第一实施方式同样的效果。
而且，根据第二实施方式，在与第一实施方式的磁性轴承10相同的直径及相同的厚度下，可以使第一磁铁11a或第二磁铁12a的厚度T3比第一实施方式的第一磁铁11或第二磁铁12的厚度T1厚。因此，可以增大推力方向的吸引力，可提高磁性轴承的性能。
(应用例)
图11表示应用第一实施方式及第二实施方式的磁性轴承10的风扇马达20的一例。风扇马达20使用例如作为离心风扇的涡轮风扇。
风扇马达20具备壳体主体21、马达22、及涡轮风扇23。马达22设置于壳体主体21内的底部，涡轮风扇23在壳体主体21内设置于作为马达22的旋转部件的轮毂24上。
壳体主体21在中央上部具有空气的吸引口21a，在周缘部具有空气的排出口21b。
马达22具备基板25、轴26、套筒27、后磁轭28、无芯波形连续线圈29、转子30、底板31、以及作为旋转部件的轮毂24。
轴26例如为圆柱状，在底板31上固定成从基板25向上突出。在轴26的周围设置有称为所谓人字形槽的未图示的多个V字形的槽。通过该槽，利用作为伴随套筒27旋转的流体的空气来产生动压。
套筒27为圆筒状，经由微小间隙32配置于轴26的外周部。
后磁轭28安装于套筒27的外周部。
无芯线圈29位于后磁轭28的外周部，安装于基板25上。无芯线圈29将金属线卷绕成例如连续的波形。
转子30配置于无芯线圈29的外周部，具有未图示的永久磁铁。
作为旋转部件的轮毂24保持套筒27、后磁轭28、及转子30，并覆盖轴26的上部及转子30的外周部。
在轴26的上部和轮毂24之间设置有第一实施方式及第二实施方式的磁性轴承10。磁性轴承10的第一磁铁11固定于轴26的上部，第二磁铁12固定于轮毂24的上部。在图11中，省略了第一磁轭13、第二磁轭14。
在上述结构中，当驱动马达22时，通过从随着套筒27旋转的轴26的周围产生的空气来产生动压，且相对于第一磁铁11而在第二磁铁12上产生推力方向的力。即使在通过该推力方向的力而使第二磁铁12相对于第一磁铁11变动的情况下，由于将第一磁轭13及第二磁轭14的厚度设为第二磁铁12相对于第一磁铁11的容许变动量以下且0.1mm以上，所以可以通过第一磁铁11及第二磁铁12的吸引力而抑制变动。
另外，由于第一磁轭13及第二磁轭14设于第一磁铁11和第二磁铁12中的一方，所以可以减少轴承整体的径向上的力。因此，能够防止磁中心在径向上偏心，可以防止马达22的轴26和套筒27接触，可以延长马达20的寿命。
图12表示将第一实施方式及第二实施方式的磁性轴承10适用于例如具备轴流风扇的的风扇马达40的情况。
风扇马达40使用例如作为轴流风扇的涡轮风扇。
风扇马达40具备壳体主体41、马达42、及涡轮风扇43。马达42设置于壳体主体41内的底部，风扇43在壳体主体41内设置于作为马达42的旋转部件的轮毂44上。
壳体主体41具有空气的吸引口41a和排出口41b。
马达42具备有轮毂44、轴45、套筒46、线圈47、磁铁48、以及第一实施方式及第二实施方式的磁性轴承10。
磁性轴承10的第一磁铁11设置于马达42的轴45上，第二磁铁12固定于壳体主体41。因此，轴45可通过磁性轴承10而可旋转地保持。在图12中，省略了第一磁轭13、第二磁轭14。
轮毂44安装于轴45上，在轮毂44的内侧设置有磁铁48，在外侧设置有风扇43。
套筒46及线圈47固定于壳体主体41。
在轴45的周围设置有称为所谓人字形槽的未图示的多个V字形的槽。通过该槽，利用作为伴随轴45旋转的流体的空气来产生动压。
通过上述结构的风扇马达40，也可以得到与图11所示的风扇马达20同样的效果。
此外，本发明不限于上述各实施方式中的发明，在实施阶段可以在不超出其主旨的范围内将构成要素变形并具体化。另外，通过上述各实施方式中公开的多个构成要素的适当的组合，可以形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。此外，也可以将涵盖不同的实施方式的构成要素进行适当组合。
产业上的可利用性
本发明实施方式的磁性轴承可适用于例如与扫描仪或风扇一体化的马达。
符号说明
10…磁性轴承；11、11a…第一磁铁；12、12a…第二磁铁；13…第一磁轭；14…第二磁轭。

Claims (5)

1.一种磁性轴承，其具备：
环状的第一磁铁，其在轴向上被磁化；
环状的第二磁铁，其与所述第一磁铁配置成同心状，在所述轴向上被磁化；
第一磁性体，其设于所述第一磁铁和所述第二磁铁中的一方的所述轴向的第一面；以及
第二磁性体，其设于设有所述第一磁性体的所述第一磁铁和所述第二磁铁中的一方的所述轴向的与第一面平行的第二面，
所述第一磁性体及所述第二磁性体的厚度在所述第二磁铁相对于所述第一磁铁的所述轴向的容许变动量以下且为0.1mm以上。
2.根据权利要求1所述的磁性轴承，其中，
所述第一磁性体及所述第二磁性体的厚度是在0.1mm以上且1.5mm以下的范围。
3.根据权利要求1所述的磁性轴承，其中，
所述第一磁铁的厚度与所述第二磁铁的厚度相等。
4.根据权利要求1所述的磁性轴承，其中，
所述第一磁铁的厚度比所述第二磁铁的厚度大，比所述第二磁铁、所述第一磁性体以及所述第二磁性体的合计厚度小。
5.根据权利要求1所述的磁性轴承，其中，
所述容许变动量为1.5mm以下。
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