TWI484106B - 全磁浮式軸徑向支承系統 - Google Patents

Description

全磁浮式軸徑向支承系統

本發明是有關於全磁浮式軸徑向支承系統，特別是有關於完全不使用機械性軸承而完全以永磁材料磁鐵來同時提供軸向與徑向之軸承功能的支承系統。

機構中不同結構之間的相對運動無論是在工業或是一般生活中都是相當普及的，而只要有移動或轉動往往就必須使用軸承(bearing)來穩定並支承轉軸的動作，例如普遍被使用的滾珠式軸承與滾柱式軸承。軸承之基本機制是在轉子與定子之間提供滾動接觸的支撐，使得轉子與定子二者不會直接接觸，同時透過軸承的滾動/轉動來減少轉子/定子之相對運動所引起之磨擦、振動、噪音與損耗等。但是軸承本身也會損耗，充份的潤滑與固定的維修是不可或缺的，導致成本增加與產能(throughput)降低的缺點。

一般來說，軸承相對於轉子/定子之轉動與移動有關係，軸承的轉動速率越高，軸承與轉子/定子之動磨擦損耗也就越大。除此之外，由於轉子/定子會直接接觸到軸承，軸承與轉子/定子之間的靜磨擦係數也會影響到轉軸何時開始被轉子/定子帶動而開始運動。軸承的損耗也與軸承兩側之轉子/定子之間的相對運動方式有關，在軸承兩側的二個環狀磁鐵(轉子/定子)之間的相對運動只有繞著同一個軸心轉動的狀況，軸承設計僅需針對軸向運動之需求，在軸承兩側的二個環狀磁鐵(轉子/定子)之間的相對運動同時有繞著某軸心之轉動與在垂直於此軸心之徑向之移動的狀況，軸承設計需同時針對軸向運動與徑向運動之需求。

特別是在直立式機構中，由於軸承兩端之兩個結構(轉子/定子)是一個在另一個的上方，在上方的結構，或甚至位於上方結構之上方的其它元件，會施加重量在軸承上。使得軸向(垂直方向)上，軸承的磨損等缺點更加嚴重。也因此，使得軸向軸承系統往往需要特別的設計，而增加軸向軸承系統與徑向軸承系統整體之複雜度、成本與維修困難等等。綜上所述，有必要發展新的軸承系統來改善習知技術在二結構間同時提供軸向與徑向之軸承系統的缺失，此仍為當前產業亟需發展之重要標的。

鑒於上述之發明背景中，為了符合產業上特別之需求，本發明提供一種使用永磁材料磁鐵之全磁浮式軸徑向支承系統，其可用以解決上述傳統技藝未能達成之標的。

本發明一較佳實施例為一種全磁浮式軸徑向支承系統，至少包含由永磁材料形成之四個環狀磁鐵。這些環狀磁鐵被分成沿著軸向相互分離之上下兩組，而每組皆有相互分離之內外兩個。面對兩組之間的空隙，至少有一個環狀磁鐵有不垂直於此軸向之表面，使得上下兩組之間同時有不為零之軸向與徑向的磁場作用力，從而可以持續且穩定地同時提供軸向與徑向之軸承作用。

藉由調整這些環狀磁鐵各自之磁化狀況，還有調整這些環狀磁鐵各自之輪廓，可以改變介於這些環狀磁鐵間之磁場作用在軸向與徑向的比例，甚至可以改變介於這些環狀磁鐵間之磁場作用的空間分佈。因此，本全磁浮式軸徑向支承系統可以在不同機構之間同時提供軸向與徑向之軸承功能，而不需要使用額外的裝置。

根據本發明上述之目的，本發明提供一種全磁浮式軸徑向支承系統，包含一第一環狀磁鐵，該第一磁鐵有一第一表面與背對此第一表面之一第五表面；一第二環狀磁鐵，該第二環狀磁鐵與該第一環狀磁鐵延一軸向排列，並且該第二磁鐵有一第二表面與背對此第二表面之一第六表面，該第二表面沿該軸向面對該第一表面；一第三環狀磁鐵，該第三環狀磁鐵環繞該第一環狀磁鐵，並且該第三磁鐵有一第三表面與背對此第三表面之一第七表面；一第四環狀磁鐵，該第四環狀磁鐵環繞該第三環狀磁鐵，該第四環狀磁鐵與該第三環狀磁鐵延該軸向排列，並且該第四磁鐵有一第四表面與背對此第四表面之一第八表面，該第四表面沿該軸向面對該第三表面。

此外，其中上述之第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵係彼此相互分離；在此，該第一表面、該第二表面、該第三表面與該第四表面並不都垂直於該軸向；在此，該第一磁鐵、該第二磁鐵、該第三磁鐵與該第四磁鐵的材料皆係為一永磁材料。上述之永磁材料係選自下列之一：鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹鐵硼永磁材料及其組合。該第一環狀磁鐵之磁化方向係與該第二環狀磁鐵之磁化方向相反， 而該第三環狀磁鐵之磁化方向係與該第四環狀磁鐵之磁化方向相反。該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵之磁化方向都是與該軸向平行或反平行。

其中上述之系統更包含一第一外加磁鐵與該一第二外加磁鐵，該第一外加磁鐵機械性地接觸到該第五表面與該第七表面，而該第二外加磁鐵機械性地接觸到該第六表面與該第八表面。該第一外加磁鐵與該第二外加磁鐵之材料係選自下列之一：純鐵、導磁材料、鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹鐵硼永磁材料及其組合。該第一表面、該第二表面、該第三表面與該第四表面之任一者與該軸向之夾角的角度皆介於30度到60度之間。該第一表面、該第二表面、該第三表面與該第四表面之任一者與該軸向之夾角的角度皆為45度。該第一表面與該第二表面平行，該第三表面與該第四表面平行。該第一表面係面向該第四環狀磁鐵，該第三表面係面向該二環狀磁鐵。該第一表面係面向該第二環狀磁鐵，該第三表面係面向該四環狀磁鐵。該第一表面與該第二表面平行且垂直於該軸向，該第三表面與該第四表面平行且與該軸向之夾角的角度不為零。該第一表面與該第二表面平行且與該軸向之夾角的角度不為零，該第三表面與該第 四表面平行且垂直於該軸向。該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵之橫截面形狀皆為四方形。該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵中至少有一個之橫截面形狀係選自下列之一：非平行四邊形、三角形、直角三角形、梯形及其組合。

本發明在此所探討的方向為全磁浮式軸徑向支承系統，為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的結構及其元件與方法步驟。顯然地，本發明的施行並未限定於全磁浮式軸徑向支承系統之技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的結構及其元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。此外，為提供更清楚之描述及使熟悉該項技藝者能理解本發明之發明內容，圖示內各部分並沒有依照其相對之尺寸而繪圖，某些尺寸與其他相關尺度之比例會被突顯而顯得誇張，且不相關之細節部分亦未完全繪出，以求圖示之簡潔。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其它的 實施例中，且本發明範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。

參考第一A圖所示，以先前技術而言，在一機械式軸承系統中，沿著軸向上機械式軸承10係位於相互分離之第一結構11與第二結構12之間，並機械性地接觸到此二結構11/12。當第一結構11與第二結構12只有在與此軸向垂直之徑向平面上相對運動(例如滑動或轉動)，機械性軸承10可以轉動或滑動以提供此二結構11/12之間的徑向軸承功能，進而減少磨擦、振動、噪音與損耗等等。但是，若此二結構11/12在軸向上之相對運動不可忽略時，如此之機械式軸承10並不能適當地作為此二結構11/12之間的軸向軸承功能。亦即，需要有另一個與此機械式軸承分離之機制來提供軸向軸承功能。如第一B圖所示，相互分離之第三結構13與第四結構14係沿一主軸15排列，在此磁化方向相反之第一永磁材料磁鐵16與第二永磁材料磁鐵17，被放置在此二結構13/14相互面對之表面上。永磁材料相當穩定，可以長時期地持續地產生穩定磁場，近年來商業化永磁材料已經陸續被應用到不同的機構。藉此，磁化方向相反之兩個永磁材料磁鐵16/17之間的磁場作用(磁場斥力)會將此二結構13/14相互推開，進而提供一個在軸向上此二結構13/14 相對運動之緩衝。將第一A圖與第一B圖所示之機構合併，便可以提供某個機構同時需要之軸向軸承功能與徑向軸承功能。

但是，如此的作法由於使用了兩個不同的機構來分別提供徑向軸承與軸向軸承，整體機構複雜度與高硬體成本等等都有改善的空間。特別是，提供徑向軸承功能之機械性軸承會直接與第一結構11與第二結構12二者接觸而發生磨擦與損耗等等，因此定期地施加潤滑油與清除雜屑等是不可避免地，這又無可避免地會降低整個機構的產能。

不同於先前技術，本發明係完全使用由永磁材料所形成之多數個環狀磁鐵相互之間的磁場作用來同時提供徑向軸承功能與軸向軸承功能，而不使用任何的機械性軸承。不同永磁材料磁鐵彼此之間，不只有沿軸向排列配置也有沿徑向排列配置，並且各自之磁化強度與磁化方向是可以調整的，而且各自的輪廓與大小等也是可以調整的。藉此，可以在沿軸向排列之兩個結構之間，提供與軸向交叉之磁場，從而同時提供軸向軸承功能與徑向軸承功能。

參考第二A圖所示，本發明之一實施例提供一種全磁浮式軸徑向支承系統，該全磁浮式軸徑向支承系統至少包含相互分離之第一環狀磁鐵21、第二環狀磁鐵22、第三環狀磁鐵23與第四環狀磁鐵24。第三環狀磁鐵23環繞第一環狀磁鐵21並位於與軸向垂直之某個徑向平面，第四環狀磁鐵24環繞第二環狀磁鐵22並位於與軸向垂直之另一個徑向平面上。第一環狀磁鐵21與第二環狀磁鐵22沿此軸向排列，並且第二環狀磁鐵22之第二表面225面對第一環狀磁鐵21之第一表面215。第三環狀磁鐵23與第四環狀磁鐵24沿此軸向排列，並且第三環狀磁鐵23之第三表面235面對第四環狀磁鐵24之第四表面245。第一表面215、第二表面225、第三表面235與第四表面245都不垂直於此軸向，而是分別與此軸向呈一個特定角度的夾角。

上述之各個環狀磁鐵21/22/23/24的材料皆為永磁材料，例如鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹鐵硼永磁材料及其組合，或是任何的商業化永磁材料或還在發展中的永磁材料。本發明只利用永磁材料之高剩餘磁感應強度、高矯頑力、與大磁能積的優點，來有效地提供所需的磁場。當然，由於要使用永磁材料來製造環狀磁鐵並將環狀磁鐵安置到轉子/定子，具有低熱膨脹係數、 高工作溫度上限以及易於機械加工性質之永磁材料會更合適。本發明之一些未圖示與特別討論之其它實施例係使用釹鐵硼永磁材料，但不同實施例仍可以使用其它不同之永磁材料，或不同永磁材料之組合或是經過加工處理過之永磁材料(如作過穩定化處理或是表面有保護層)。

在此實施例中，第一環狀磁鐵21之磁化方向與第四環狀磁鐵24之磁化方向相同，皆係與此軸向平行；第二環狀磁鐵22與第三環狀磁鐵23之磁化方向相同，皆與此軸向反平行。並且，這四個環狀磁鐵21/22/23/24之磁化強度皆相同。因此，如第二B圖所示，沿著軸向相面對之兩個環狀磁鐵21/22和23/24彼此之間的淨磁場(B1,B2)不會完全平行於此軸向或完全垂直於此軸向，而是會在與此軸向交叉之某方向上。二個淨磁場(B1,B2)在軸向的分量完全相同，但在徑向的分量則是大小相同方向相反。在此，各個環狀磁鐵21/22/23/24內部之箭頭符號的方向代表其磁化方向，而箭頭符號的長度代表其磁化強度。

據此，當第一環狀磁鐵21與第三環狀磁鐵23機械性地連接到第一結構，而第二環狀磁鐵22與第四環狀磁 鐵24機械性地連接到第二結構時，此二淨磁場之軸向分量可將在同一組之兩個環狀磁鐵21/23與另一組的兩個環狀磁鐵22/24的相對距離維持在一最佳相對距離。由於磁場強度與相對距離之平方成反比，當第一結構沿著軸向承受一固定力量而靠近第二結構時，軸向磁場作之用會隨著二者相對距離之縮短而增加，直到二者達到平衡點。

此外，由於表面215/225/235/245是傾斜的，而且第一表面215與第二表面225係向內傾斜而第三表面235與第四表面245係向外傾斜，本發明還可減少或甚至消除第一結構與第二結構在徑向平面上的相對位移。當第一結構相對於第二結構在徑向平面往某一方向移動時，第一環狀磁鐵21與第三環狀磁鐵23會一起沿著這個方向相對於第二環狀磁鐵22與第四環狀磁鐵24移動。此時，如第二C圖所示，在這些環狀磁鐵21/22/23/24之軸心的一側，第一環狀磁鐵21會離開第二環狀磁鐵22而減少相對應之淨磁場B1的徑向分量，第三環狀磁鐵23會接近第四環狀磁鐵24而增加相對應之淨磁場的徑向分量，從而產生一個往離開軸心方向之淨磁場徑向分量。相對地，在軸心的相對一側，第一環狀磁鐵21會接近第二環狀磁鐵22而增加相對應之淨磁場B1的徑 向分量，第三環狀磁鐵23會離開第四環狀磁鐵24而減少相對應之淨磁場的徑向分量，從而產生一個往接近軸心方向之淨磁場徑向分量。第一環狀磁鐵21與第三環狀磁鐵23相對於第二環狀磁鐵22與第四環狀磁鐵24往某方向之相對位移量所引起的淨磁場徑向分量變化，會將將第一環狀磁鐵21與第三環狀磁鐵23相對於第二環狀磁鐵22與第四環狀磁鐵24往與此方向該好相反的方向推動。

綜上所述，只要根據本發明之實際應用狀況，調整這些環狀磁鐵21/22/23/23之間的磁化強度，便可以讓第一結構與第二結構分離，讓各個環狀磁鐵21/22/23/23相互分離，使得第一結構與第二結構之間相對運動，不論是在軸向的移動或是在徑向平面的轉動與滑動，都不會引起任何的機械性接觸與機械性磨擦，從而避免習知機械性軸承所會面臨的損耗、磨擦、振動與噪音等等缺失。

這些環狀磁鐵21/22/23/24與第一結構和第二結構之間機械性連接的細節並不需要限制。只要能固定住第一環狀磁鐵21與第三環狀磁鐵23的相對距離，固定住第二環狀磁鐵22與第四環狀磁鐵24的相對距離，並且 能將這些環狀磁鐵21/22/23/24確實固定在第一結構和第二結構上即可。

其中上述之第一結構與第二結構之細節並不需要限制，只要是能對應到軸承系統之轉子及/或定子即可。因此，第一結構與第二結構個別可以只是一個平板，此平版之一側面對這些環狀磁鐵21/22/23/24而另一側則與整個機構中其它的元件等相聯接。第一結構與第二結構個別也可以是整個機構中的一部份元件的組合，只要其整體可以如同一個轉子或一個定子般即可。舉例來說，在直立式風力發電機中，第一結構可以是轉動風扇、轉動軸與發電機轉子的組合型態，而第二結構可以是固定基座。

此外，這些環狀磁鐵中不與軸向垂直之表面，係用以產生與軸向交叉的磁場。顯然地，此些傾斜表面越多，可以產生的與軸向交叉的磁場則越多。第二A圖所顯示之每個環狀磁鐵都有不與軸向垂直之表面，是將如此傾斜表面數目最大化的實施例。但是，比較第二B圖與第二C便可以看出，重點是能提供將移動之第一/第三環狀磁鐵21/23推回去之淨磁場徑向分量，而不在於這個淨磁場徑向分量是由幾個傾斜的表面所提供。亦即，本發 明只需要至少某一個環狀磁鐵有一不與軸向垂直之表面即可。

當某個表面不與軸向垂直時，其與軸向之夾角的角度也是可以調整的。這個表面與軸向之夾角角度越接近90度，能提供的徑向磁場分量越小，就越沒有徑向軸承的功能。相對地，這個表面與軸向之夾角角度越接近0度，能提供的軸向磁場分量越小，就越沒有軸向軸承的功能。一般來說，任一個表面與軸向之夾角角度係介於30度到60度之間，或是剛好為45度，以平衡軸向軸承與徑向軸承的需求。但是，本發明完全不限制此夾角角度，而是視實際應用而定。舉例來說，在諸如直立式風車與直立式風力發電機的應用，軸向(垂直方向)的重力力量很大，但轉子部份的徑向移動不大，此時各個傾斜表面可以幾乎是垂直於此軸向，例如夾角角度高達80至85度。

傾斜表面之作用也可以視為是讓上下相面對之兩個環狀磁鐵之間同時有不為零之軸向磁場與徑向磁場。因此，雖然先前討論之實施例及其變化中，各個環狀磁鐵之橫截面都是四方形甚至是平行四邊形，由於磁鐵之輪廓與尺寸皆會影響其產生之磁場，本發明也可以使用不 同之環狀磁鐵橫截面輪廓，唯一的條件是上下相面對之兩個環狀磁鐵之間同時有不為零之軸向與徑向磁場。舉例來說，任一環狀磁鐵之橫截面可以是四方形、平行四邊形、非平行四邊形、三角形、直角三角形、梯形或其它。此外，當傾斜表面之作用係在於同時提供不為零之軸向磁場與徑向磁場時，這個傾斜表面不一定要是個平面，其也可以是個曲面、波浪狀表面等等。不同表面對磁場分佈也是會有影響的。

各個環狀磁鐵之磁化方向，也是本發明的一個重要因素。第二A圖到第二C圖中，各個環狀磁鐵之磁化方向或是與軸向平行或是與軸向反平行。但由於本發明係透過傾斜表面在上下相面對之兩個環狀磁鐵之間同時產生不為零之軸向磁場與徑向磁場，各個環狀磁鐵之磁化方向是否平行或反平行於此軸向，並不會使得傾斜表面的作用失效。本發明僅需要第一環狀磁鐵之磁化方向與第二環狀磁鐵之磁化方向相反，而第三環狀磁鐵之磁化方向與第四環狀磁鐵之磁化方向相反，藉以產生如第二B圖所示之磁場分佈即可。當然，這邊所指的方向相反，只需要是大約相反即可，而方向完全相反係讓效果明顯化的方式。

當然，磁化方向係可以調整的，可以各個環狀磁鐵各有各自的磁化方向；磁化強度也係可以調整的，可以各個環狀磁鐵各有各自的磁化強度。這是由於磁化方向與磁化強度係決定所產生之磁場的主要因素，而傾斜磁場之作用在於改變各個環狀磁鐵之間的磁場分佈，因此直接調整改變各個環狀磁鐵所產生之磁場，也是等效的作用。

除此之外，本發明還可以用外加磁鐵來分別機械性連接第一環狀磁鐵之背對第一表面的第五表面與第三環狀磁鐵之背對第三表面之第七表面，以及機械性連接第二環狀磁鐵之背對第二表面的第六表面與第四環狀磁鐵之背對第四表面之第八表面，其可使得第一環狀磁鐵與第三環狀磁鐵連接成一整個磁性結構，而第二環狀磁鐵與第四環狀磁鐵也連接成一整個磁性結構。藉此，可以增強沿著軸向相面對之第一與第二環狀磁鐵以及第三與第四環狀磁鐵各自之淨磁場(B1,B2)，並同時可以減少磁力線在空間的分佈，也可以減少磁力線對相連接之第一結構與第二結構的影響。上述之這二個外加磁鐵之作用是強化這些環狀磁鐵之作用，但其本身對於同時提供軸向與徑向之磁場來講並不是必需的。因此，這二個外加磁鐵之材料可以是鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹 鐵硼永磁材料，也可以是純鐵或任何的導磁材料，視其所需而定。

必需強調地是，在此對於其中上述之各個環狀磁鐵之磁化方向的限制，都是假定這些環狀磁鐵在實際應用中所承受的外力(例如直立式系統中轉子的重量力量)係將第一環狀磁鐵與第三環狀磁鐵推向第二環狀磁鐵與第四環狀磁鐵。因此，若有上述之假定條件發生變化，上述討論對於各個環狀磁鐵之磁化方向的限制，亦需隨之改變。

綜合上述討論，參考第二D圖到第二F圖所示，分別畫出本發明之一些可能實施例，用以摘要表示上述各項可能變化之一些可能組合方式。在此，除了第一外加磁鐵25與第二外加磁鐵26，其它元件代號都是先前已經出現討論過的，相似的細節與可能變化便不再重述。

在此，隨著材料科技的進步，許多新的永磁材料陸續被應用在不同的商業產品上，例如鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹鐵硼(Nd-Fe-B)永磁材料等等。因此，全磁浮式軸徑向支承系統所使用之各個磁鐵都可以用商業化永磁材料所形成，並符合長使用壽命、高磁通量、 穩定性佳與均勻磁場等等需求。本發明之其它較佳實施例皆亦為全磁浮式軸徑向支承系統。基本特徵都是使用不同環狀磁鐵之間的磁場作用力來提供上面一組環狀磁鐵與下面一組環狀磁鐵之間軸向與徑向之磁場作用力，進而提供分別連接到此兩組環狀磁鐵之兩個結構間的軸徑向軸承。不同的實施例中，不同的環狀磁鐵可以有不同的幾何輪廓或不同的磁化狀況，甚且可以用導磁材料連接不同環狀磁鐵，以加強磁場的作用。

顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需在其附加的權利請求項之範圍內加以理解，除上述詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。

10‧‧‧軸承

11‧‧‧第一結構

12‧‧‧第二結構

13‧‧‧第三結構

14‧‧‧第四結構

15‧‧‧主軸

16‧‧‧第一永磁材料磁鐵

17‧‧‧第二永磁材料磁鐵

21‧‧‧第一環狀磁鐵

22‧‧‧第二環狀磁鐵

23‧‧‧第三環狀磁鐵

24‧‧‧第四環狀磁鐵

215‧‧‧第一表面

225‧‧‧第二表面

235‧‧‧第三表面

245‧‧‧第四表面

25‧‧‧第一外加磁鐵

26‧‧‧第二外加磁鐵

第一A圖與第一B圖為二種習知技術之示意圖；與第二A圖至第二F圖為本發明一些實施例的示意圖。

21‧‧‧第一環狀磁鐵

22‧‧‧第二環狀磁鐵

23‧‧‧第三環狀磁鐵

24‧‧‧第四環狀磁鐵

215‧‧‧第一表面

225‧‧‧第二表面

235‧‧‧第三表面

245‧‧‧第四表面

Claims (15)

1. 一種全磁浮式軸徑向支承系統，包含：一第一環狀磁鐵，該第一磁鐵有一第一表面與背對此第一表面之一第五表面；一第二環狀磁鐵，該第二環狀磁鐵與該第一環狀磁鐵延一軸向排列，並且該第二磁鐵有一第二表面與背對此第二表面之一第六表面，該第二表面沿該軸向面對該第一表面；一第三環狀磁鐵，該第三環狀磁鐵環繞該第一環狀磁鐵，並且該第三磁鐵有一第三表面與背對此第三表面之一第七表面；一第四環狀磁鐵，該第四環狀磁鐵環繞該第三環狀磁鐵，該第四環狀磁鐵與該第三環狀磁鐵延該軸向排列，並且該第四磁鐵有一第四表面與背對此第四表面之一第八表面，該第四表面沿該軸向面對該第三表面，其中，該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵係相互分離，且該第一表面、該第二表面、該第三表面與該第四表面並不都垂直於該軸向，而該第一磁鐵、該第二磁鐵、該第三磁鐵與該第四磁鐵的材料皆係為一永磁材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該永磁材料係選自下列之一：鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹鐵硼永磁材料及其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一環狀磁鐵之磁化方向係與該第二環狀磁鐵之磁化方向相反，而該第三環狀磁鐵之磁化方向係與該第四環狀磁鐵之磁化方向相反。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵之磁化方向都是與該軸向平行或反平行。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更包含一第一外加磁鐵與該一第二外加磁鐵，該第一外加磁鐵機械性地接觸到該第五表面與該第七表面，而該第二外加磁鐵機械性地接觸到該第六表面與該第八表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之系統，該第一外加磁鐵與該第二外加磁鐵之材料係選自下列之一：純鐵、導磁材料、鐵氧體、鋁鎳鈷合金、釤鈷合金和釹鐵硼永磁材料及其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一表面、該第二表面、該第三表面與該第四表面之任一者與該軸向之夾角的角度皆介於30度到60度之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一表面、該第二表面、該第三表面與該第四表面之任一者與該軸向之夾角的角度皆為45度。
9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一表面與該第二表面平行，該第三表面與該第四表面平行。
10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，該第一表面係面向該第四環狀磁鐵，該第三表面係面向該二環狀磁鐵。
11. 如申請專利範圍第9項所述之系統，該第一表面係面向該第二環狀磁鐵，該第三表面係面向該四環狀磁鐵。
12. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一表面與該第二表面平行且垂直於該軸向，該第三表面與該第四表面平行且與該軸向之夾角的角度不為零。
13. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一表面與該第二表面平行且與該軸向之夾角的角度不為零，該第三表面與該第四表面平行且垂直於該軸向。
14. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵之橫截面形狀皆為四方形。
15. 如申請專利範圍第1項所述之系統，該第一環狀磁鐵、該第二環狀磁鐵、該第三環狀磁鐵與該第四環狀磁鐵中至少有一個之橫截面形狀係選自下列之一：非平行四邊形、三角形、直角三角形、梯形及其組合。