CN1651779A

CN1651779A - 磁悬浮轴承

Info

Publication number: CN1651779A
Application number: CN 200410001088
Authority: CN
Inventors: 柯寅昌; 柯寅盛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-08-10

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮轴承，主要由一内磁环及一外磁环对应套合而成，其中该外磁环的内环壁靠近环体的两端面为相同的第一磁极(如北极)，第二磁极(如南极)配置在内环壁的中央向外扩张延伸至整个外环壁的梯形区域，使南北极间的零界中心线由环体的外端角斜向延伸至内环壁的靠近中央处，即内环壁的中央为第二磁极；内磁环的磁性配置与外磁环对称，由整个外环壁向内环壁中央延伸的梯形区域为第一磁极，内环壁的靠近两端面处为第二磁极，使内外磁环的邻接环壁在靠近两端面处形成斜向斥力(因同为第一磁极)，使内磁环通过此斜向斥力的对称作用而悬浮固定在外磁环内，因内外磁环在邻接环面中央处形成径向吸力可避免磁环在高速旋转时偏离脱位。

Description

磁悬浮轴承

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮轴承，尤其涉及一种适用于风扇马达，通过磁性配置所产生的磁力悬浮固定的环形磁悬浮轴承。

背景技术

公知的风扇马达的转轴所使用的轴承，有滚珠式、油铜式及液态式等几种，但此类轴承无可避免的均会在各组件间形成机械接触，而必然产生摩擦力，在高速运转时会产生噪音及震动，由于计算机各部件的运行速度越来越快，发热量也不断上升，不但对散热风扇的使用日益增多，对其散热性能的要求也非常的高，其转速动辄超过每分钟五千转以上，一部台式计算机除最基本的CPU所需的高转速风扇以及电源供应器至少需要使用一个风扇外，显示芯片(GPU)、北桥芯片、内存模块(RAMModule)、刻录机及机箱上也都需要使用散热风扇来帮助散热，在风扇使用数量如此多的情况下，若都采用公知的机械式轴承，则其噪音及震动问题会变得极为严重，对使用者的计算机操作造成不便，于是才有磁悬浮轴承的问世。

磁悬浮轴承的发展虽然已有一段时间，但其悬浮的固定力却始终不理想，如美国第6617732号专利(如图1所示)所公开的，其轴承结构主要由两个对称的静磁环A及一动磁环B组成。动磁环B套设在马达的转轴C上，由图1可看出，动磁环B位于两个静磁环A之间，其邻接面为相同的磁极，且为平行的斜面，可产生斜向斥力，通过该斜向斥力的水平分力及垂直分力，可对动磁环B及转轴C产生径向及轴向的固定力。但该结构在实际制造时的难度非常高，其原因在于静磁环A与动磁环B邻接的斜面倾角必须非常精密地吻合，即必须使环形斜面间的任何一点均保持相同间隙。此外，动静磁环B、A间的磁力也必须保持一定强度，但因为静磁环A分为两个独立个体，其磁力要保持完全相同实非易事，而这两个部分只要其中一个稍有偏差，即会使静磁环B及转轴C的旋转失去平衡，难以达到动态平衡，因而发生震动，且震动会随着转速的提高而增加，因此这种设计几乎无商品化的可能。

另有一种公知的磁悬浮轴承的设计如中国台湾专利第92203239号所公开的，如图2所示，其由一内磁环E及一外磁环D对应套合而成，内磁环E套设在转轴F上。使两个磁环D，E的环体的内外环壁各成对应的单一极性，如图2中所示，外磁环D的内环壁及内磁环E的外环壁为相同的第一磁极(如北极)，而其分别对应的另一环壁为第二磁极(如南极)，使内外磁环E、D的邻接面产生同极斥力。此外，位于环壁上的磁极强度有特殊的配置，如外磁环D的内环壁在靠近两端处的磁力较强，中央处较弱，内磁环E则恰好相反，且内磁环E的高度必须略小于外磁环D的高度，由此可使内外磁环E、D的邻接面间产生径向及斜向的斥力(如图2中箭号所示)，从而使内磁环E悬浮固定在外磁环D中。但这种设计仍然存在制造上的困难，即内磁环E的固定完全依赖环体邻接面间的磁力强弱的平衡，不但同一磁环的两个强磁区或两个弱磁区必须分别具有相同强度，且两个磁环间的对应磁力强度也必须保持一定的比例，这对于一个环形磁铁而言，是非常难以达到的，而上述几个磁力强弱的对应平衡点只要其中之一稍有偏差就会无法保持动态平衡，即在高速旋转时产生震动。而且这种设计的轴向固定力不足，在高速旋转时内磁环E会发生轴向偏移，因此需要在转轴F的两端分别用一阻环G加以夹固(如图3所示)，因此转轴F与两阻环G间存有机械性接触，势必将产生噪音，并非完全的悬浮状态，因此仍然需要改进。

本发明的内容

本发明的主要目的在于提供一种磁悬浮轴承，可降低制造上的精度要求，降低制造成本，使其成为可商品化的产品。

本发明的另一目的在于提供一种磁悬浮轴承，可达到完全的悬浮状态，并可达到极佳的动态平衡效果，完全不产生任何噪音，震动程度也可大幅缩减至几乎无法感觉的程度，将无谓的功率消耗降至最低。

为达到上述目的，本发明由一内磁环及一外磁环对应套合组成，其中该外磁环的内环壁在靠近环体两端面处为第一磁极，第二磁极配置在内环壁的中央处向外扩张延伸至整个外环壁的梯形区域，使南北极间的零界中心线由环体的外端角斜向延伸至内环壁的靠近中央处，即内环壁的中央处为第二磁极；内磁环的磁性配置与外磁环对称，由整个外环壁向内环壁中央处延伸的梯形区域为第一磁极，内环壁的靠近两端面处为第二磁极，在内外磁环的邻接环壁的靠近两端面处形成斜向斥力，使内磁环可通过此斜向斥力的对称作用而悬浮固定在外磁环内，且因为在内外磁环邻接环面中央处形成径向吸力可避免磁环在高速旋转时偏离脱位。

本发明的磁悬浮轴承可达到完全的悬浮状态，完全不产生任何噪音，并且可降低制造上的精度要求，降低制造成本，

附图的简要说明

图1为公知磁悬浮轴承的纵向剖视图；

图2为另一公知磁悬浮轴承的纵向剖视图；

图3为图2的磁悬浮轴承的立体分解图；

图4为本发明实施例的磁悬浮轴承的立体分解图；

图5为本发明实施例的磁悬浮轴承的立体组合图；

图6为本发明实施例的磁悬浮轴承纵向剖视图；

图7为图6中A部分的局部放大图；

图8为本发明实施例的磁悬浮轴承的磁环外环壁中央处周缘的磁场强度实测图；

图9为本发明实施例的磁悬浮轴承的磁环外环壁近两端面处周缘的磁场强度实测图；

图10为本发明实施例的磁悬浮轴承的磁环内环壁中央处周缘的磁场强度实测图；

图11为本发明实施例的磁悬浮轴承的磁环内环壁近两端面处周缘的磁场强度实测图。

具体实施方式

图4、图5为本发明的磁悬浮轴承的立体分解图及组合图。如图4、图5所示，本发明由用永久磁铁制成的一外磁环1及一内磁环2对应套合而成。其中内磁环2的外径略小于外磁环1的内径，使两者的邻接环壁可保持一定间隙，即内磁环2悬浮于外磁环1内，而无任何机械性接触，且两磁环1，2的高度相同。磁环1，2的磁极配置及两者间的磁力作用状态如图6所示，其中外磁环1的内环壁在靠近环体两端面处为第一磁区11，同为第一磁极(如北极)。第二磁区12为由内环壁的中央处向外扩张延伸至整个外环壁的梯形区域，第二磁区12配置为第二磁极(如南极，使第一与第二磁区11，12间的零界中心线13由环体的外端角斜向延伸至内环壁的靠近中央处，即内环壁的中央处为第二磁极，夹设在两个第一磁极间。内磁环2的极性配置对称于外磁环1，由整个外环壁向内环壁中央处延伸所形成的梯形区域为第三磁区21，并配置为第一磁极，而内环壁靠近两端面处的三角形区域为第四磁区22，配置为第二磁极。

图7为图6中A部分的内外磁环2、1邻接壁面处的局部放大图。如图7所示，由于第三磁区21与第四磁区22的零界中心线为斜向，使两磁环1，2的邻接环壁在两端面处产生斜向斥力，该斥力的倾角与零界中心线同一方向，由此斜向斥力的水平分力及垂直分力的对称作用，使内磁环2悬浮固定在外磁环1内，形成静态平衡。此外，在两磁环1，2邻接环壁的中央处为不同磁极，会产生径向吸力，虽然因为环形分布的对称作用会产生静态抵消，即在两磁环1，2没有相对运动时，该处的径向磁吸力会因互相抵消而形成平衡状态，但当内磁环2高速旋转时，该处的磁吸力却会对内磁环2产生牵引作用，即当内磁环2因高速旋转而产生轴向的偏移力时，该磁吸力抵消该偏移力，形成极佳的轴向固定力，使内磁环2绝不会偏移脱位。

由于在本发明中，内、外磁环的磁区配置方式完全相同，但磁极配置相反，即内外磁环在相对应的同一位置的极性是相反的。图8至图11为本发明的单一磁环环壁周缘的磁场强度实测结果，其做内磁环或外磁环均可。图8为外环壁中央处周缘的磁场强度，读数约在负900高斯，极性为南极；图9为外环壁的靠近两端面处的磁场强度，读数约为负500高斯，磁场强度较中央处弱，极性为南极；图10为内环壁中央处的磁场强度，读数约为负300高斯，极性为南极；图11为内环壁靠近两端面处的磁场强度，读数约为正300高斯，与中央处的磁场强度相同，但极性为北极，由此实测的数据可证明本发明的磁性配置是确实可行的，在实际安装在散热风扇中时也确实不产生任何噪音，震动程度也低于人体可感觉的范围，远低于公知机械式轴承及现有的磁悬浮轴承，实为一极优异的设计。

上述的附图及说明，仅为本发明的实施例而已，但并非为限定本发明的实施例，凡是本领域技术人员按照本发明的技术特征所作的其它等效变换，均包括在本发明的申请专利范围内。

Claims

1.一种磁悬浮轴承，其特征在于，包括：

一外磁环，为一环形体的永久磁铁，其内环壁靠近环体的两端面为相同的第一磁极，第二磁极配置在内环壁的中央处向外扩张延伸至整个外环壁的梯形区域，使南北极间的零界中心线由环体的外端角斜向延伸至内环壁的靠近中央处，即内环壁的中央处为第二磁极；

一内磁环，为一环形体的永久磁铁，其外径小于外磁环的内径，使所述内磁环可套合在外磁环内，其磁性配置与外磁环对称，但磁极对调，即由整个外环壁向内环壁中央处延伸的梯形区域为第一磁极，内环壁靠近两端面处为第二磁极；

由此在内外磁环的邻接环壁的靠近两端面处形成斜向斥力，使内磁环可通过此斜向斥力的对称作用而悬浮固定在外磁环内，且内外磁环邻接环面中央处形成径向吸力。

2.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于所述内外磁环的高度相同。

3.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于所述第一磁极为北极，第二磁极为南极。

4.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于所述第一磁极为南极，第二磁极为北极。

5.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于所述磁环的外环壁中央的磁场强度高于靠近两端面处的磁场强度。

6.如权利要求1所述的磁悬浮轴承，其特征在于所述磁环的内环壁中央的磁场强度等于靠近两端面处的磁场强度，但极性相反。