TW201839282A - 磁性軸承 - Google Patents

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生恭佑
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Abstract

本實施形態是提供一種可充分地抑制推力方向的變動，且組裝簡單並可小型化的磁性軸承。環狀的第1磁鐵是朝軸方向磁化。環狀的第2磁鐵是與第1磁鐵配置成同心狀，並朝軸方向磁化。第1磁性體是設置在第2磁鐵的軸方向的第1面。第2磁性體是設置在第2磁鐵的軸方向之與第1面平行的第2面。第1磁性體及第2磁性體的厚度是在第2磁鐵相對於第1磁鐵的軸方向之容許變動量以下且0.1mm以上。

Description

磁性軸承
發明領域 本發明之實施形態是有關於一種適用於例如與掃瞄器或風扇一體化之馬達的磁性軸承。
發明背景 適用於例如將風扇與馬達一體化而成之所謂風扇馬達之空氣動壓軸承具備有例如磁性軸承。藉由此磁性軸承，可抑制馬達之例如旋轉軸朝推力(thrust)方向(軸方向)變動之情形。
磁性軸承是由例如環狀的2個磁鐵所構成，藉由2個磁鐵的磁性上的相互作用(例如吸引力)，可抑制旋轉軸朝推力方向變動之情形(參照例如專利文獻1)。 先前技術文獻
專利文獻 專利文獻1：日本專利特開平11-344129號公報
發明概要 發明欲解決之課題 在上述磁性軸承中，在2個磁鐵的推力方向的變動量較大的情況下，可以藉由增加2個磁鐵的體積、或使用磁力強的材料，以得到必要的吸引力。然而，在這種情況下會導致產品的小型化困難。
又，藉由在磁性軸承上使用大量的磁軛，也可以得到必要的吸引力。然而，在這種情況下，為了使各磁軛的磁性中心一致，需要耗費極大量的組裝工時。而且，在各磁軛的磁性中心不一致的情況下，會有徑向方向(與軸交叉的方向)的力增大，而導致設置有磁性軸承之例如馬達的壽命變短的問題。
本發明之實施形態是提供一種可充分地抑制推力方向的變動，且組裝簡單並可小型化的磁性軸承。 用以解決課題之手段
本實施形態之磁性軸承具備：環狀的第1磁鐵，朝軸方向磁化；環狀的第2磁體，與前述第1磁鐵配置成同心狀，且朝前述軸方向磁化；第1磁性體，設在前述第2磁鐵的前述軸方向的第1面；及第2磁性體，設在前述第2磁鐵的前述軸方向之與第1面平行的第2面；前述第1磁性體及前述第2磁性體的厚度是在前述第2磁鐵相對於前述第1磁鐵的軸方向之容許變動量以下且0.1mm以上。 發明效果
本發明可以提供一種可充分地抑制推力方向的變動，且組裝簡單並可小型化的磁性軸承。
用以實施發明之形態 以下，參照圖式來說明實施形態。在圖式中，對相同的部分是附加相同的符號。 (第1實施形態)
圖1、圖2是顯示第1實施形態之磁性軸承11。
磁性軸承10是將環狀的第1磁鐵11及環狀的第2磁鐵12配置成同心狀。亦即，在第1磁鐵11的外側將第2磁鐵12隔開規定間隔而配置。如後述，第1磁鐵11是設在例如固定於馬達的軸桿上，第2磁體12是固定在輪轂24上，其中該輪轂24是作為相對於馬達的軸桿可旋轉地設置的旋轉構件。
如圖2所示，第1磁鐵11是例如將第1面(正面)側磁化為N極，並將第2面(背面)側磁化為S極，第2磁鐵12是例如將第1面(正面)側磁化為S極，並將第2面(背面)側磁化為N極。因此，在第1磁鐵11與第2磁鐵12之間有吸引力作用。
在第2磁鐵12的第1面上設有環狀的第1磁軛13，在第2面上設有環狀的第2磁軛14。
然而，並不受限於此，亦可如圖3所示的變形例，在第1磁鐵11的第1面上設置第1磁軛13，在第1磁鐵11的第2面上設置第2磁軛14。
第1磁軛13及第2磁軛14是由例如Fe-Si、Fe-Co等磁性材料所構成。
在圖2的情形下，第1磁軛13及第2磁軛14的寬度比第2磁鐵12的寬度W2朝兩側更寬了相當於W3。
又，在圖3的情形下，第1磁軛13及第2磁軛14的寬度比第1磁鐵11的寬度W1朝兩側更寬了相當於W3。
如圖2所示，將第1磁軛13及第2磁軛14安裝在第2磁鐵12上，在使第1磁軛13及第2磁軛14與第2磁鐵12的磁性中心一致的狀態下，在第1磁軛13及第2磁軛14、與第1磁鐵11之間設有間隙。
如圖3所示，將第1磁軛13及第2磁軛14安裝在第1磁鐵11上，在使第1磁軛13及第2磁軛14與第1磁鐵11的磁性中心一致的狀態下，在第1磁軛13及第2磁軛14、與第2磁鐵12之間設有間隙。
在第1實施形態中，第1磁鐵11的厚度T1與第2磁鐵12的厚度T1相等，第1磁軛13的厚度T2與第2磁軛14的厚度T2相等。
第1磁軛13與第2磁軛14的厚度T2是設定成如下。
圖4是顯示第1磁鐵11與第2磁鐵12在推力方向的變動量及吸引力的關係之圖，且顯示有下述構成之例：圖2所示之第1實施形態的構成、圖3所示之第1實施形態的變形例的構成、及從圖2、圖3中去除磁軛之情況的構成。
在圖4中，相較於圖2所示之構成，圖3所示之構成吸引力較大。其理由是設有第1磁軛13的第1磁鐵11的寬度W1比第2磁鐵12的寬度W2更大，因而使第1磁鐵11的磁力比第2磁鐵12的磁力更強之故。
如由圖4中很清楚地，第1磁鐵11與第2磁鐵12的吸引力在推力方向的變動量在大致1mm時變得最大，圖2所示的構成與圖3所示的構成之情況，在變動量為約1.5mm以前，可以得到與不使用磁軛的情況之最大吸引力大致相同程度的吸引力。在將第1磁鐵11及2磁鐵12的容許變動量規定為1.5mm以下的情況下，第1磁軛13與第2磁軛14的厚度T2是在推力方向的容許變動量以下且0.1mm以上的範圍內。具體來說，第1磁軛13與第2磁軛14的厚度T2是規定在0.1mm以上且1.5mm以下的範圍，當考慮磁性軸承10整體的厚度及必要的吸引力時，所希望的是0.5mm以上且1.0mm以下的範圍，較理想的是大致0.5mm。
再者，由於當第1磁軛13與第2磁軛14的厚度T2變得小於0.1mm時，會產生磁性飽和，因此不宜設為小於0.1mm。
圖5、圖6是顯示第2磁鐵12相對於第1磁鐵11在推力方向上已變動到最大限度的情況。
如圖5所示，由於第1磁軛13具有在推力方向的容許變動量以下且0.1mm以上的厚度T2，因此即使第2磁鐵12相對於第1磁鐵11在推力方向上已變動到最大限度的情況下，第1磁軛13仍可以位在第1磁鐵11的側面。因此，磁力集中在第1磁軛13與第1磁鐵11之間，而可以得到充分的吸引力。
又，如圖6所示，由於第2磁軛14具有在推力方向的容許變動量以下且0.1mm以上的厚度T2，因此即使第2磁鐵12相對於第1磁鐵11在推力方向上已變動到最大限度的情況下，第2磁軛14仍可以位在第2磁鐵12的側面。因此，磁力集中在第2磁軛14與第2磁鐵12之間，而可以得到充分的吸引力。 (第1實施形態之效果)
根據上述第1實施形態，可將第1磁鐵11與第2磁鐵12配置成同心狀，第1磁鐵11與第2磁鐵12的其中一個具有第1磁軛13與第2磁軛14，且第1磁軛13及第2磁軛14具有與第1磁鐵11與第2磁鐵12的變動量之容許量大致相等的厚度H2。因此，即使在第2磁鐵12已相對於第1磁鐵11變動的情況下，也可以得到充分的吸引力，而可抑制第2磁鐵12相對於第1磁鐵11的變動。
又，第1磁軛13及第2磁軛14是設在第1磁鐵11與第2磁鐵12的其中一個上。因此，相較於在第1磁鐵11與第2磁鐵12雙方都設置第1磁軛13及第2磁軛14的情況，可以減少磁軛的數量，且在組裝時容易使第1磁軛13及第2磁軛14的磁性中心與第1磁鐵11或第2磁鐵12的磁性中心一致。從而，可簡化組裝作業。
並且，由於第1磁軛13及第2磁軛14是設在第1磁鐵11與第2磁鐵12的其中一個上，所以可以將軸承整體的徑向方向上的力降低。因此，可以防止第1磁軛13及第2磁軛14的磁性中心在徑向方向上偏心之情形，而可以防止設置有磁性軸承10之例如馬達的零件的接觸。從而，可延長馬達的壽命。 (第2實施形態)
圖7、圖8是顯示第2實施形態的磁性軸承之例。
在第1實施形態中，第1磁鐵11與第2磁鐵12的厚度相等。相對於此，在第2實施形態中，第1磁鐵11(11a)與第2磁鐵12(12a)的厚度是不同的。
在圖7中，第1磁軛13及第2磁軛14是設置在第2磁鐵12上。第1磁鐵11a的厚度T3比第2磁鐵12的厚度T1更厚，且比第2磁鐵12的厚度T1、第1磁軛13的厚度T2與第2磁軛14的厚度T2之合計厚度更薄。
在圖8中，第1磁軛13及第2磁軛14是設置在第1磁鐵11上。第2磁鐵12a的厚度T3比第1磁鐵11的厚度T1更厚，且比第1磁鐵11的厚度T1、第1磁軛13的厚度T2與第2磁軛14的厚度T2之合計厚度更薄。
圖9、圖10是顯示第2磁鐵12相對於第1磁鐵11在推力方向上已變動到最大限度的情況。
如圖9所示，第1磁鐵11a具有厚度T3，且該厚度T3是比第2磁鐵12的厚度T1更厚，且比第2磁鐵12的厚度T1、第1鐵軛13的厚度T2與第2磁軛14的厚度T2之合計厚度更薄的厚度。因此，即使在第2磁鐵12相對於第1磁鐵11a在推力方向上已變動到最大限度的情況下，第1磁軛13仍可以位在第1磁鐵11a的側面。因此，磁力集中在第1磁軛13與第1磁鐵11a之間，而可以得到充分的吸引力。
又，如圖10所示，第2磁鐵12a具有厚度T3，且該厚度T3是比第1磁鐵11的厚度T1更厚，且比第1磁鐵11的厚度T1、第1磁軛13的厚度T2與第2磁軛14的厚度T2之合計厚度更薄的厚度。因此，即使在第2磁鐵12a相對於第1磁鐵11在推力方向上已變動到最大限度的情況下，第2磁軛14仍可以位在第2磁鐵12a的側面。從而，磁力集中在第2磁軛14與第2磁鐵12a之間，而可以得到充分的吸引力。 (第2實施形態之效果)
藉由第2實施形態也可以得到與第1實施形態同樣的效果。
而且，根據第2實施形態，在與第1實施形態的磁性軸承10相同的直徑及相同的厚度下，可以使第1磁鐵11a或第2磁鐵12a的厚度T3比第1實施形態的第1磁鐵11或第2磁鐵12的厚度T1更厚。因此，可以將推力方向的吸引力加大，而可提升磁性軸承的性能。 (適用例)
圖11是顯示第1實施形態及第2實施形態之磁性軸承10所適用的風扇馬達20的一例。風扇馬達20所使用的是例如作為離心風扇的渦輪風扇。
風扇馬達20具備有機殼本體21、馬達22、及渦輪風扇23。馬達22是設置在機殼本體21內的底部，渦輪風扇23是在機殼本體21內設置在作為馬達22的旋轉構件的輪轂24上。
機殼本體21在中央上部具有空氣的吸引口21a，在周緣部具有空氣的排出口21b。
馬達22具備有基板25、軸桿26、套筒27、後磁軛28、無芯波形連續線圈29、轉子30、底板31、及作為旋轉構件的輪轂24。
軸桿26是例如圓柱狀，且在底板31上固定成往比基板25更上方突出。在軸桿26的周圍，設置有稱為所謂魚骨形溝之圖未示的複數個V字形的溝。藉由此溝，可隨著套筒27的旋轉而藉由作為流體的空氣來產生動壓。
套筒27為圓筒狀，且使小間隙32介於其與軸桿26的外周部上之間而配置。
後磁軛28是安裝在套筒27的外周部。
無芯線圈29是位在後磁軛28的外周部，且安裝在基板25上。無芯線圈29是將金屬線捲繞成例如連續的波形。
轉子30是配置在無芯線圈29的外周部，且具有圖未示的永久磁鐵。
作為旋轉構件的輪轂24是保持套筒27、後磁軛28、及轉子30，並覆蓋軸桿26的上部及轉子30的外周部。
在軸桿26的上部與輪轂24之間，設置有第1實施形態及第2實施形態的磁性軸承10。磁性軸承10的第1磁鐵11是固定在軸桿26的上部，第2磁鐵12是固定在輪轂24的上部。在圖11中，省略了第1磁軛13、第2磁軛14。
在上述構成中，當驅動馬達22時，會隨著套筒27的旋轉而藉由從軸桿26的周圍產生的空氣來產生動壓，且相對於第1磁鐵11而在第2磁鐵12產生推力方向的力。即使在藉由此推力方向的力而使第2磁鐵12相對於第1磁鐵11變動的情況下，由於將第1磁軛13及第2磁軛14的厚度設為第2磁鐵12相對於第1磁鐵11的容許變動量以下且0.1mm以上，因此可以藉由第1磁鐵11及第2磁鐵12的吸引力而抑制變動。
又，由於第1磁軛13及第2磁軛14是設在第1磁鐵11與第2磁鐵12的其中一個上，因此可以減少軸承整體的徑向方向上的力。從而，可以防止磁性中心在徑向方向上偏心之情形，且可以防止馬達22的軸桿26與套筒27接觸之情形，而可延長馬達20的壽命。
圖12是顯示將第1實施形態及第2實施形態之磁性軸承10適用於例如具備軸流風扇的的風扇馬達40之情形。
風扇馬達40所使用的是例如作為軸流風扇的渦輪風扇。
風扇馬達40具備有機殼本體41、馬達42、及渦輪風扇43。馬達42是設置在機殼本體41內的底部，渦輪風扇43是在機殼本體41內設置在作為馬達42的旋轉構件的輪轂44上。
機殼本體41具有空氣的吸引口41a及排出口41b。
馬達42具備有輪轂44、軸桿45、套筒46、線圈47、磁鐵48、第1實施形態及第2實施形態的磁性軸承10。
磁性軸承10的第1磁鐵11是設置在馬達42的軸桿45上，第2磁鐵12是相對於機殼本體41而固定。因此，軸桿45可藉由磁性軸承10而可旋轉地被保持。在圖12中，省略了第1磁軛13、第2磁軛14。
輪轂44是裝設在軸桿45上，在輪轂44的內側設置有磁鐵48，在外側設置有風扇43。
套筒46及線圈47是相對於機殼本體41而固定。
在軸桿45的周圍，設置有稱為所謂魚骨形溝之圖未示的複數個V字形的溝。藉由此溝，可隨著軸桿45的旋轉而藉由作為流體的空氣來產生動壓。
藉由上述構成的風扇馬達40，也可以得到與圖11所示的風扇馬達20同樣的效果。
此外，本發明並非原樣限定於上述各實施形態中的發明，且在實施階段中，可以在不超出其主旨的範圍內將構成要素變形並具體化。又，藉由於上述各實施形態所揭示的複數個構成要素的適當的組合，可以形成各種發明。例如，從實施形態所示的全部構成要素中刪除幾個構成要素亦可。此外，將涵蓋不同的實施形態的構成要素進行適當組合亦可。 産業上之可利用性
本發明之實施形態的磁性軸承可適用於例如與掃瞄器或風扇一體化的馬達。
10‧‧‧磁性軸承
11、11a‧‧‧第1磁鐵
12、12a‧‧‧第2磁鐵
13‧‧‧第1磁軛
14‧‧‧第2磁軛
20、40‧‧‧風扇馬達
21、41‧‧‧機殼本體
21a、41a‧‧‧吸引口
21b、41b‧‧‧排出口
22、42‧‧‧馬達
23、43‧‧‧渦輪風扇
24、44‧‧‧輪轂
25‧‧‧基板
26、45‧‧‧軸桿
27、46‧‧‧套筒
28‧‧‧後磁軛
29‧‧‧無芯波形連續線圈
30‧‧‧轉子
31‧‧‧底板
32‧‧‧間隙
47‧‧‧線圈
48‧‧‧磁鐵
T1、T3‧‧‧第1磁鐵11或第2磁鐵12的厚度
T2‧‧‧第1磁軛13或第2磁軛14的厚度
W1‧‧‧第1磁鐵11的寬度
W2‧‧‧第2磁鐵12的寬度
W3‧‧‧比第1磁鐵11或第2磁鐵12的寬度朝兩側更寬之寬度
圖1是顯示第1實施形態的磁性軸承之一例的立體圖。 圖2是沿圖1所示的II-II線的截面圖。 圖3是顯示第1實施形態的變形例之截面圖。 圖4是顯示用於說明磁性軸承的容許變動量之圖。 圖5是顯示用於說明圖2之作用的圖。 圖6是顯示用於說明圖3之作用的圖。 圖7是顯示第2實施形態的磁性軸承之一例的截面圖。 圖8是顯示第2實施形態的變形例之截面圖。 圖9是顯示用於說明圖7之作用的圖。 圖10是顯示用於說明圖8之作用的圖。 圖11是顯示本實施形態所適用的離心風扇之一例的截面圖。 圖12是顯示本實施形態所適用的軸流風扇之一例的截面圖。

Claims (5)

  1. 一種磁性軸承，具備： 環狀的第1磁鐵，朝軸方向磁化； 環狀的第2磁體，與前述第1磁鐵配置成同心狀，且朝前述軸方向磁化； 第1磁性體，設在前述第2磁鐵的前述軸方向的第1面；及 第2磁性體，設在前述第2磁鐵的前述軸方向之與第1面平行的第2面， 前述第1磁性體及前述第2磁性體的厚度是在前述第2磁鐵相對於前述第1磁鐵的前述軸方向之容許變動量以下且0.1mm以上。
  2. 如請求項1之磁性軸承，其中前述第1磁性體及前述第2磁性體的厚度是在0.1mm以上且1.5mm以下的範圍。
  3. 如請求項1之磁性軸承，其中前述第1磁鐵的厚度與前述第2磁鐵的厚度相等。
  4. 如請求項1之磁性軸承，其中前述第1磁鐵的厚度比前述第2磁鐵的厚度更大，且比前述第2磁鐵、前述第1磁性體及前述第2磁性體的合計厚度更小。
  5. 如請求項1之磁性軸承，其中前述容許變動量是1.5mm以下。
TW107103614A 2017-04-28 2018-02-01 磁性軸承 TWI743305B (zh)

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