CN201297390Y - 磁流体冷却结构及相应的磁流体密封装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭露了一种磁流体冷却结构及相应的磁流体密封装置，于磁流体密封装置的传动轴内增设冷却系统，以扩大冷却面积，进而有效的解决温度对磁流体密封装置寿命的影响，以扩大其应用范围。该磁流体密封装置具有外壳与可相对于外壳转动的传动轴，传动轴上套设有磁极，磁极之间具有磁铁，且传动轴上具有容纳磁流体的密封槽，该磁流体冷却结构则用于磁流体密封装置中，其中外壳上具有冷却液入口与出口，传动轴内设有冷却液流动通道，该流动通道与冷却液入口与出口相通，以实现冷却液由入口经流动通道至出口的流通。

Description

磁流体冷却结构及相应的磁流体密封装置

技术领域

本实用新型涉及磁流体装置，特别是涉及磁流体密封装置的冷却结构。

背景技术

磁流体(Magneticfluid或Ferrofluid)是将超微磁粒通过界面活性剂高度分散在载液中而形成的一种胶体溶液。其具有二大特点：①在磁场的作用下，磁化强度随外加磁场的增加而增加，直止饱和，而外磁场去除后又无任何磁滞现象，磁场对磁流体的作用力表现为体积力；②与一般纳米粒子相同，只有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。因此，磁流体是动态密封的理想材料，其密封原理如下：

在磁场的作用下，磁流体往往聚集在磁场梯度最大处；因此，利用外磁场可将磁流体约束在密封部位形成磁流体“O”型环。当磁流体注入磁场间隙时，可以充满整个间隙；在均匀稳定磁场的作用下，磁流体可以充满于设定的空间内，建立起多级“O”型密封环，从而达到密封的效果。每级密封环一般可以承受大于0.15～0.2个大气压的压差，总承压为各级压差之和，进而满足真空密封的需要。具体请参考图1，其为磁流体密封原理结构示意图。如图所示，磁流体密封装置往往由磁铁11、磁极12、外壳13(通常为不导磁座结构)、磁流体14以及传动轴15这五个主要部件组成。一般情况下，传动轴15为运动部件，其余设计为静止部件，在静止与运动部件之间保持一定的间隙，这样在间隙中布满磁流体14。由磁流体14、磁极12、磁铁11以及传动轴15形成一个有效的磁路，磁场总是存在在这样一个连续的磁路中，基本上没有漏磁现象，磁路中长期稳定地保持一定的磁场强度，磁流体就会保存在间隙中，来承担动态密封作用。即，在这个间隙中，磁流体排斥一切外来的非磁性物质(即需要密封的介质)，这些非磁性物质包括气体、液体和固体(一般是指较微小的固体颗粒，它是可以流动的)。

此种磁性密封装置的结构简单，且具有许多优点：①密封性能好，几乎无泄漏(<10-11Pa·m³/s)，真空密封时的真空度可达10-5Pa；②可靠性高，由于钕铁硼材料的磁损小于5％/100年，几乎没有机械磨损；③机械传输效率高，可达99％，几乎无功率损失。因此其广泛应用于各类机械传动中，尤其是在半导体机台上十分常见。例如：在单晶硅炉、真空热处理炉、离子溅射、物理化学气相沉积、离子镀膜、液晶在生、电子指示器等设备的密封上；在计算机硬盘、机器人及军工产品等环境要求较高的设备的环境密封上，磁性密封装置都获得了广泛的应用。

在实际应用中，无论是在正压还是在负压条件下，密封都是由多级组成，只有在无压状态下，如防尘等情况使用一级密封。请参考图2与图3，其分别示出了现有的一种磁流体多级密封装置的装配示意图及剖面示意图。

如图所示，该磁流体密封装置包括磁铁21、磁极22、外壳23、以及传动轴25，其中传动轴25上形成有密封槽24，以便于磁流体布满于其中。为了实现部件之间的组装并减少装置应用中的磨损，该磁流体密封装置除具有以上主要部件外，往往还需要许多其他部件，如，固定环26、轴承27、保持架28、端盖29以及O型圈30。此外，温度升高会导致磁流体中载液的蒸发，而影响磁流体密封装置的使用寿命；而且，随着温度的升高，磁饱和强度会下降，可能导致密封的耐压能力下降。故，磁流体密封装置上往往设计有冷却结构，以在温度过高时，实现磁流体的冷却。

现有的冷却方式是在外壳23上开设冷却水进口231与冷却水出口232(如图2)，从而形成围绕磁极22的冷却环路C(如图3)。这种冷却方案冷却区域有限，且其他部分的热传导至冷却区域需要一定的时间，仅仅在一定程度上缓解了环境升温对磁流体密封装置的寿命所带来的影响，还远远不能解决其进一步扩大应用中温度问题所带来的困扰。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁流体冷却结构，相对于现有技术具有更为有效的冷却区域，从而更为有效地实现磁流体的冷却。

为解决以上技术问题，本实用新型提供一种磁流体冷却结构，用于磁流体密封装置中，该磁流体密封装置具有外壳与可相对于外壳转动的传动轴，传动轴上套设有磁极，磁极之间具有磁铁，且传动轴上具有容纳磁流体的密封槽，其中所述外壳上具有冷却液入口与出口，所述传动轴内设有冷却液流动通道，该流动通道与所述冷却液入口与出口相通，以实现冷却液由入口经流动通道至出口的流通。

进一步的，所述冷却液入口与出口和所述冷却液流动通道之间通过连接通道连通，且连接通道设于磁流体密封装置的外壳内。

进一步的，所述传动轴与外壳之间具有环形通道，其与所述连接通道和流动通道相通，其余部分为密封结构。

进一步的，所述冷却液流动通道沿传动轴轴向方向设置。

进一步的，所述冷却液流动通道包括：第一通道，为直线型通道，沿传动轴轴线设置，且与冷却液入口相通；第二通道，为环型通道，环绕于所述第一通道而设置，且与冷却液出口相通，其中第一通道与第二通道于与所述冷却液入口与出口相反的一端实现连通。

本实用新型另提供一种磁流体密封装置，包括：外壳，其上具有冷却液入口与出口；传动轴，位于外壳之内，可相对于外壳转动，且其上具有容纳磁流体的密封槽；至少两磁极，套设于传动轴之上；磁铁，位于所述磁极之间，其中所述传动轴内设有冷却液流动通道，该流动通道与所述冷却液入口与出口相通，以实现冷却液由入口经流动通道至出口的流通。

进一步的，所述外壳内具有连接通道，以实现所述冷却液入口与出口和所述冷却液流动通道之间的连通。

进一步的，所述传动轴与外壳之间具有环形通道，其与所述连接通道和流动通道相通，其余部分为密封结构。

进一步的，所述冷却液流动通道沿传动轴轴向方向设置。

进一步的，所述冷却液流动通道包括：第一通道，为直线型通道，沿传动轴轴线设置，且与冷却液入口相通；第二通道，为环型通道，环绕于所述第一通道而设置，且与冷却液出口相通，其中第一通道与第二通道于与所述冷却液入口与出口相反的一端实现连通。

综上所述，以上磁流体冷却结构在传动轴上增设冷却系统，从而扩大有效冷却面积，以更有效的解决温度对磁流体密封装置寿命的影响，以扩大其应用范围。

附图说明

图1为磁流体密封原理结构示意图；

图2为现有的一种磁流体多级密封装置的装配示意图；

图3为现有的一种磁流体多级密封装置的剖面示意图；

图4为本实用新型一实施例所提供的磁流体密封装置的剖面示意图；

图5为图4中磁流体密封装置的局部放大图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术特征更明显易懂，下面结合附图与实施例，对本实用新型做进一步的描述。

在解决温度对磁流体密封装置的寿命的影响的技术问题中，现有技术在第一磁极上设计冷却水系统，但这个方案所达到的效果还远远不够。为此，经过进一步设计，在不影响磁流体密封装置的使用功能的情况下，在传动轴上增设冷却水系统(当然，此处的冷却方式并不局限于水冷却)，以扩大冷却面积，进而有效的解决温度对磁流体密封装置寿命的影响，以扩大其应用范围。

请参考图4，其为本实用新型一实施例所提供的磁流体密封装置的剖面示意图。如图所示，该磁流体密封装置具有外壳100与可相对于外壳100转动的传动轴200，通常外壳100是由无磁性材料制成的不导磁座，而传动轴为导磁材料构成的导磁轴，且传动轴200上具有容纳磁流体的密封槽300。为了形成稳定的磁场以将磁流体约束在密封槽300内形成磁流体“O”型环，往往于传动轴200上套设磁极400，并在磁极400之间设置磁铁500，通常磁铁500由永磁材料构成，例如磁钢。为了减少温度对该密封装置的影响，在该密封装置上设计有冷却系统，即在外壳100上开设冷却液入口101与出口102，同时在传动轴200内设有冷却液流动通道600，该流动通道600与冷却液入口101与出口102相通，以实现冷却液由入口101经流动通道600至出口102的流通。

通常，冷却液流动通道600沿传动轴200轴向方向设置，从而在传动轴200转动时，冷却液的流通不受影响。一种较佳的实现方式便是沿传动轴200的轴线设置第一通道601，其与冷却液入口101相通，环绕第一通道601设置第二通道602，且第一通道601与第二通道602于与冷却液入口101与出口102相反的一端603实现连通。考虑到磁场要求，通常第一通道601为直线型通道，第二通道602为环型通道。当然，只要满足磁场的稳定性要求，也可以将第一通道601与第二通道602设置为互相平行的直线型通道。另外，第一通道601和第二通道602与冷却液入口101和出口102的连接关系也可以与以上情况相反，即第一通道601和第二通道602分别与冷却液出口102和入口101相通。

为了实现冷却液入口101和出口102与冷却液流动通道600之间的连通，往往在外壳100的一端内设置连接通道701与702，且在传动轴200与外壳100之间设有环形通道800，其与连接通道701以及702和流动通道600相通，其余部分为密封结构。具体请参考图5，其为图4中磁流体密封装置的局部放大图，其示出了环形通道800的一种实现方式，即利用唇口密封圈的方式实现冷却液通过环形通道800于连接通道701、702和流动通道600之间的相通。当然本实用新型并不局限于此，只要实现冷却液于传动轴200转动过程中的正常流通即可。例如，环形通道800可以是一个整体的环形圈，除了在连接通道701、702和流动通道600对应位置处设置开口，其他部分为密封结构；在另一个实施例中，可以于连接通道701、702和流动通道600对应位置处分别设置环形通道800。这样无论传动轴200转动在何位置，环形通道800都可以保证冷却液的在冷却液入口101和出口102与流动通道600之间的流通。

在利用以上冷却结构实现磁流体密封装置的冷却时，可以保留现有技术中的冷却环路C，以达到更好的冷却效果。此外，以上所述的冷却液可以为水，当然也可以是其他冷却介质，本实用新型不以此为限。

以上仅为举例，并非用以限定本实用新型，本实用新型的保护范围应当以权利要求书所涵盖的范围为准。

Claims (10)

1.一种磁流体冷却结构，用于磁流体密封装置中，该磁流体密封装置具有外壳与可相对于外壳转动的传动轴，传动轴上套设有磁极，磁极之间具有磁铁，且传动轴上具有容纳磁流体的密封槽，其中所述外壳上具有冷却液入口与出口，其特征是，所述传动轴内设有冷却液流动通道，该流动通道与所述冷却液入口与出口相通，以实现冷却液由入口经流动通道至出口的流通。

2.根据权利要求1所述的磁流体冷却结构，其特征是，所述冷却液入口与出口和所述冷却液流动通道之间通过连接通道连通，且连接通道设于磁流体密封装置的外壳内。

3.根据权利要求2所述的磁流体冷却结构，其特征是，所述传动轴与外壳之间具有环形通道，其与所述连接通道和流动通道相通，其余部分为密封结构。

4.根据权利要求1所述的磁流体冷却结构，其特征是，所述冷却液流动通道沿传动轴轴向方向设置。

5.根据权利要求4所述的磁流体冷却结构，其特征是，所述冷却液流动通道包括：

第一通道，为直线型通道，沿传动轴轴线设置，且与冷却液入口相通；

第二通道，为环型通道，环绕于所述第一通道而设置，且与冷却液出口相通，

其中第一通道与第二通道于与所述冷却液入口与出口相反的一端实现连通。

6.一种磁流体密封装置，包括：

外壳，其上具有冷却液入口与出口；

传动轴，位于外壳之内，可相对于外壳转动，且其上具有容纳磁流体的密封槽；

至少两磁极，套设于传动轴之上；

磁铁，位于所述磁极之间，

其特征是，所述传动轴内设有冷却液流动通道，该流动通道与所述冷却液入口与出口相通，以实现冷却液由入口经流动通道至出口的流通。

7.根据权利要求6所述的磁流体密封装置，其特征是，所述外壳内具有连接通道，以实现所述冷却液入口与出口和所述冷却液流动通道之间的连通。

8.根据权利要求7所述的磁流体密封装置，其特征是，所述传动轴与外壳之间具有环形通道，其与所述连接通道和流动通道相通，其余部分为密封结构。

9.根据权利要求6所述的磁流体密封装置，其特征是，所述冷却液流动通道沿传动轴轴向方向设置。

10.根据权利要求9所述的磁流体密封装置，其特征是，所述冷却液流动通道包括：

第一通道，为直线型通道，沿传动轴轴线设置，且与冷却液入口相通；

第二通道，为环型通道，环绕于所述第一通道而设置，且与冷却液出口相通，

其中第一通道与第二通道于与所述冷却液入口与出口相反的一端实现连通。

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