CN1327142C - 磁浮轴承结构 - Google Patents

Abstract

一种磁浮轴承结构，应用于一旋转装置，该旋转装置包含有一定子、一转轴以及一供该定子固设的基座，该转轴由该磁浮轴承结构而以可转动的方式配置于该定子，该磁浮轴承结构包括：两磁浮环组，分别包含有一定子磁浮单元和一轴磁浮单元，所述定子磁浮单元相邻设置于该定子的顶侧与底侧，所述轴磁浮单元配设于该转轴对应于该定子磁浮单元的两端，并通过该定子磁浮单元与该轴磁浮单元之间的互斥磁力，使该转轴与该定子可常态保持一预定的间距；及一承载部，设置于该转轴的一端，用以支撑该转轴。通过过定子磁浮单元与轴磁浮单元之间的互斥磁力将使得转轴与定子间常态保持一预定的间距，而避免因偏摆所产生的震动与噪音现象，并大幅提升产品寿命。

Description

磁浮轴承结构

技术领域

本发明涉及一种轴承结构，应用于电子产品之中，特别是指一种在该轴承结构的定子与转轴之间提供互斥的磁力，而避免产生摩擦耗损的磁浮轴承结构。

背景技术

近年来电子产品推陈出新，带动相关零部件的研究发展相当迅速，各类电子产品随着半导体制造技术的进步，功能日益强大，但价格却日趋低廉，而深受社会大众的喜爱而普遍的使用。此类电子产品用零部件的种类包罗万象，特别是应用于信息储存装置的驱动马达轴承，常见的有含油轴承、滚珠轴承等。含油轴承单价低，具有成本上的优势，但寿命短。滚珠轴承相较之下，寿命相当长；但成本高且耐冲击能力差。上述两者由于转轴与轴承内壁有接触，而造成马达产生振动与噪音现象，并使得寿命降低。另外动压轴承也是业界常用的机构，动压轴承的特性，在于精度高、寿命长等优势，目前逐渐成为市场主流；但其启动磨擦损耗问题仍无法克服，且制造成本高，生产率也未达到一定的水平。因此各国相关制造的产业界正在寻求解决的方法。

利用磁力同性相斥的特性，来解决转轴旋转时所产生的摩擦损耗，逐渐成为产业界研究发展的重要方向，其中某些技术早已公开而为社会大众所熟知。如美国专利第5783886号即揭露了相关的技术。此专利在转轴与定子间分别装配有磁性组件，利用互斥的磁力作用，使得转轴相对定子产生径向磁浮现象，避免产生接触摩擦损耗现象。此项专利所揭露的技术，结构易组装，轴向充磁易于批量生产；但是转轴与定子间的装配位置必须被非常精确地加以控制，稍受外力振动，即产生偏摆现象；换而言之，这仅是磁浮轴承的概念性设计，必须控制在一非常严格(critical)的条件下方能工作。美国专利第4340260号，在定子与转轴分别装设具有倾斜角度的磁性组件，利用磁力同性互斥的特性，使得转轴可相对转子产生悬浮现象。此项技术对于外界冲击的施力具有良好的抵抗力，可避免产生偏摆现象，并具有充磁容易的优势；然而此类结构组装不易，成本相当昂贵。台湾专利第429289号，揭露了另一种磁浮轴承的改进设计，在转轴相邻的两侧配置磁性组件，并在基座装设有对应的磁性组件，由转轴的两个磁性组件与装设于基座的磁性组件，所产生的互斥磁力，致使转轴可相对于基座产生悬浮现象。此项技术中所使用的磁性组件虽容易批量生产，确有着严重的问题。主要是在于其结构相当复杂，相当不易组装；生产成本更是昂贵；再者在转轴两端之间，装设有滚珠轴承与自润滑轴衬(sleeve)，结构更是复杂。

以上是现有技术或市售产品长久以来悬而未决的问题，应设法予以排除。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是，提出更为精简且工作良好的磁浮轴承结构。

为了实现上述目的，本发明提出了一种磁浮轴承结构，应用于旋转装置。此类旋转装置如精密马达轴承、精密风扇轴承等，可普遍使用于各种电子产品，特别是应用于资料储存装置。旋转装置的组成大致上包含有定子、转轴以及可供定子固接的基座，其中转轴配合本发明的磁浮轴承结构，而以可转动的方式配置于定子。

依据本发明所揭露的磁浮轴承结构，包含有两磁浮环组与承载部，其中每一磁浮环组包含有定子磁浮单元，分别装配于定子的顶侧与底侧，轴磁浮单元对应于定子磁浮单元，装配于转轴的两端，另外在转轴的一端，位于转轴与基座之间配置有承载部，用以支撑转轴。通过轴磁浮单元与定子磁浮单元之间所产生的互斥磁力，使转轴与定子处于常态保持一预定的距离的相对关系，而有效降低转轴与定子之间因偏摆而产生摩擦耗损的现象。

本发明的有益效果是，依据本发明所揭露的磁浮轴承结构，利用轴磁浮单元与定子磁浮单元之间的互斥磁力，并配合承载部提供转轴单点支撑，使得转轴与定子之间产生径向悬浮的效果；更为特别的是定子磁浮单元具有良好隔离外界磁力影响的效果，转轴的旋转运动更为平顺，而有效的避免偏摆现象。

基本的本案的精神，事实上有很多不同的实施方式，在下文中将举数个较佳实施例，并配合附图来说明本发明的磁浮轴承结构。

附图说明

图1A是本发明的磁浮轴承结构的第一实施例剖视图；

图1B是本发明的磁浮轴承结构的第二实施例剖视图；

图2A、图2B、图2C、图2D是本发明的磁浮轴承结构的定子磁浮单元与轴磁浮单元的磁化方向示意图；

图3是本发明的磁浮轴承结构的第三实施例示意图；及

图4是本发明的磁浮轴承结构的第四实施例示意图。

其中，附图标记说明如下：

10    转轴        11    轴间隔环

20    定子        21    定子间隔环

30    基座        40    定子磁浮单元

50    轴磁浮单元  60    阻隔件

70    承载部      71    凹穴

80    轭铁        81    轭铁套

90    润滑单元

具体实施方式

本发明所揭露的磁浮轴承结构，其主要目的在于减少转轴与定子间的摩擦损耗，避免产生震动噪音现象而运转更为平顺，大幅提升产品寿命。请参考图1A，是本发明的磁浮轴承结构的第一实施例剖视图，其中旋转装置一般而言包含有转轴10、定子20以及基座30三大部分。转轴10装配于定子20之内，以进行旋转运动，基座30可供给定子20配置，而转轴10的底端装配有承接部70，换言之，承接部70即处于基座30与转轴10之间，主要功能在于支撑转轴10。转轴10的顶端装设有轭铁80及轭铁套81，用以保护装设于定子20内部的组件。

本发明的磁浮轴承结构包含有两个磁浮环组，分别配置于转轴10的两端。磁浮环组包含有两定子磁浮单元40，分别配置相邻于定子20的顶侧与底侧，并装配有阻隔件60，用以提供定子磁浮单元40定位效果，并借以防止外界的磁力如定子20包含的铁心等磁性单元影响定子磁浮单元40。两轴磁浮单元50对应于定子磁浮单元40，分别装设于转轴10的两端。通过定子磁浮单元40与轴磁浮单元50之间的互斥磁力，而使转轴10相对于定子20处于径向悬浮的状态，而彼此常态保持一预定的距离。定子20两端定子磁浮单元40之间包含有一定子间隔环21，用以隔开并控制相邻定子磁浮单元40之间的距离，并可避免相互磁力干扰。相同的，转轴10两端轴磁浮单元50之间，设置有轴间隔环11，用以隔开并控制相邻轴磁浮单元50之间的距离，避免相互磁力干扰。

当转轴10相对于定子20产生旋转运动时，通过轴磁浮单元50与定子磁浮单元40之间所产生的互斥磁力，并配合转轴10穿伸埋入凹穴71而抵触于承载部70，如此转轴10与定子20将处于径向悬浮的状态，并彼此常态保持一预定的距离，而避免因偏摆现象而产生震动与噪音的现象，有效减少转轴10与定子20之间的摩擦损耗，而大为提升产品的使用寿命。另需补充的是，定子磁浮单元40与轴磁浮单元50的垂直距离，通过承载部70、轴间隔环11与定子间隔环21的控制配合来调节，较佳者应小于1mm。

承载部70通常为二硫化钼所构成的摩擦片，主要功能在于提供转轴10的支撑作用；实际上可以有很多种变化。请参考图1B，为本发明的磁浮轴承结构的第二实施例剖视图。此第二实施例不同于上述第一实施例的主要部分，在于第一实施例转轴10穿伸埋入凹穴71，若转轴10稍有偏摆现象，将可能产生摩擦损耗而导致转速降低与电流上升的情形。因此第二实施例进一步改良承载部70，其中承载部70和顶面大概呈平整状，且转轴10与承载部70是单点支撑，可避免转轴10周围与凹穴71产生摩擦与耗损现象，而有效减少震动与噪音现象，使转轴10具有平稳的转速，运转更为良好。承载部70与转轴10相接的一侧也并非限定为平整面，也可为向内凹陷或向外凸起的圆弧状，只要保证转轴10与承载部70为单点轴向接触即可。

事实上定子磁浮单元40与轴磁浮单元50的磁化方向也具有多种变化，如图2A所示，相对应的定子磁浮单元40与轴磁浮单元50的径向磁性方向相反，而提供彼此相互斥力。较佳者如图2B所示，相对应的磁浮单元40与轴磁浮单元50的轴向磁性方向相同，同样提供彼此的相互斥力。另外如图2C所示，也可在同一磁浮单元40与轴磁浮单元50内，以轴向相互对应的方式进行磁化，而提供同样的互斥磁力。再者如图2D所示，轴磁浮单元50的磁化方向为径向、轴向相互交错。换言之，两者间的径向磁性方向相反，轴向磁性方向相同，造成定子磁浮单元40与轴磁浮单元50之间具有相对应的互斥磁力，以使装配有轴磁浮单元50的转轴10，与装配有定子磁浮单元40的定子20之间产生径向的悬浮现象。

在此另举一较佳实施例，请参考图3来加以说明。如图所示，其中转轴10的底端形成一圆饼状，并通过润滑单元90所包含的少量油性物质，如填充润滑油等，而供给转轴10润滑作用，并使得转轴10近乎完全悬浮，可有效减少摩擦损耗现象。润滑单元90可能的组件有很多，较佳者可装配动压止推轴承。

承载部70除了上述实施例配置在转轴10底端外，也可装设于定子的顶侧，如图4所示，为本发明的磁浮轴承结构的第四实施例示意图，其中在定子20的顶侧设置有润滑单元90，并如同前一实施例那样，通过少量油性物质如油墨等的辅助，除了具有润滑效果降低摩擦损耗外，也可使转轴10近乎完全悬浮。至于可提供如此效能的实施例有很多，如上一实施例所述，可装配动压止推轴承。

由上所述，相信可以清楚地了解到本发明的磁浮轴承结构至少具有下列优势：

(1)径向悬浮效果：依据本发明所揭露的磁浮轴承结构，利用轴磁浮单元与定子磁浮单元之间的互斥磁力，并配合承载部提供转轴单点支撑，使得转轴与定子之间产生径向悬浮的效果；更为特别的是定子磁浮单元具有良好隔离外界磁力影响的效果，转轴的旋转运动更为平顺，而有效的避免偏摆现象。

(2)避免产生震动与噪音现象：有鉴于现有技术必须在严格的运作环境下方能运转，而难免在实际运转时产生转轴与定子间的偏摆现象，而产生震动噪音的现象；本发明具有良好的径向悬浮效果，可避免产生震动与噪音的现象。

(3)提升产品寿命：大致而言，旋转装置的摩擦损耗现象大都面临产品寿命的考验，起主要原因在于转轴与定子间不停的摩擦损耗，而造成产品容易损坏；本发明以大幅改善噪音震动的现象，自然产品寿命提升许多。

(4)有效降低成本：现有技术中所揭露的技术，难免流于结构复杂组装不易，而造成生产成本的增加，而可由上文中轻易的了解到本发明采用简单的设计，即具有良好的径向悬浮效果，装配作业也相当容易，生产成本因而大幅降低。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；所有依本发明说明书和附图所作的均等变化与修饰，均包含在本发明的专利范围内。

Claims (19)

1.一种磁浮轴承结构，应用于一旋转装置，该旋转装置包含有一定子、一转轴以及一供该定子固设的基座，该转轴由该磁浮轴承结构而以可转动的方式配置于该定子，其特征在于，该磁浮轴承结构包括：

两磁浮环组，分别包含有一定子磁浮单元和一轴磁浮单元，所述定子磁浮单元相邻设置于该定子的顶侧与底侧，所述轴磁浮单元配设于该转轴对应于该定子磁浮单元的两端，并通过该定子磁浮单元与该轴磁浮单元之间的互斥磁力，使该转轴与该定子可常态保持一预定的间距；及

一承载部，设置于该转轴的一端，用以支撑该转轴。

2.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该定子磁浮单元与该轴磁浮单元的垂直间距小于1mm。

3.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部位于该转轴的底端，并位于该转轴与该基座之间。

4.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部位于该定子的顶侧。

5.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部为一摩擦片。

6.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部为一润滑单元，该润滑单元包含有少量的油性物质，以提供该转轴润滑作用。

7.如权利要求6所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该润滑单元为一动压止推轴承。

8.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，还包含一轴间隔环，位于该转轴两端的轴磁浮单元之间。

9.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，还包含有一定子间隔环，位于该定子顶侧与底侧的该定子磁浮单元之间。

10.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该定子的顶侧包含有一阻隔件，以供该定子磁浮单元套置。

11.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该轴磁浮单元的轴向磁性方向，与该定子磁浮单元的轴向磁性方向相同。

12.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该轴磁浮单元的径向磁性方向，与该定子磁浮单元的径向磁性方向相反。

13.如权利要求12所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该轴磁浮单元的轴向磁性方向，与该定子磁浮单元的轴向磁性方向相同。

14.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该转轴以单点抵触的方式接合于该承载部。

15.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部具有一凹穴，以供该转轴的一端埋入。

16.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部的顶侧呈平整状。

17.如权利要求16所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该转轴以轴向抵触的方式接合于该承载部。

18.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部与该转轴相接的一侧，呈向内凹陷的圆弧状。

19.如权利要求1所述的磁浮轴承结构，其特征在于，该承载部与该转轴相接的一侧，呈向外凸起的圆弧状。

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