TWI558929B - 可擺動及位移之密封軸承組件 - Google Patents
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Description
本發明相關於一種軸承組件,尤相關於密封軸承組件。
軸承組件需要密封之原因在於防止組件內潤滑劑的外漏,以及防止外部的灰塵、水分、異物、液體、氣體等物質侵入軸承組件內部,以利於軸承組件在所要求的條件狀態下,安全而持久地運轉。為達此目的所作裝置的總稱,即稱作密封軸承組件。
隨著科技日新月異,對於密封軸承組件的要求也愈來愈高,應用範圍也愈來愈廣。因此,現今亦有需求,當密封軸承組件裝設於一腔室(例如,攪拌槽)時,需要允許軸管能夠擺動及位移,而且在嚴格條件下仍能達到密封的要求。
例如,當密封軸承組件應用於滾筒刷(roller brush)時,滾筒刷需上下平行移動以進行調整,但因為滾筒刷高速旋轉可達每分鐘一千轉,而且有時所欲隔絕的對象又是高溫或鹼性溶液,所以即使上下平行移動的範圍至多只有10毫米,也無法以一般水封隔絕。此外,若改用氣封或氣幕的隔絕方式,則會造成結晶的問題,而成本也會上升。
現今尚缺乏可以解決上述問題的裝置。因此,需要一種密封軸承組件,允許軸管能夠擺動及位移,而且在嚴格條件下仍能達到密封的要求。
本發明即用以解決上述之問題。
本發明之一實施例提供一種密封軸承組件,包含:一密封軸承,其具有一外殼及一軸桿;及一蛇腹,其包覆該密封軸承,且具有一固定端用以固接至一腔室壁,及具有一活動端用以連接至該密封軸承之該外殼,其中該外殼具有一軸孔,用以容納該軸桿,及該固定端具有一調整孔,該軸桿穿過該調整孔,該調整孔直徑大於該軸桿直徑。
本發明之另一實施例提供一種密封軸承組件,其中該密封軸承另包含:一密封環,其固定在該軸桿上,該密封環為圓筒狀,該密封環的一中軸線與該軸桿相同;一內磁環,其設置在該密封環中,且環繞該軸桿呈環狀;一外磁環,其被該外殼包覆,而環繞該內磁環呈環狀;及一磁流體,其因為該外磁環的一磁力而分佈在該外殼朝向該軸桿的一表面上,其中當該軸桿相對於該外殼線性移動,使該內磁環隨著該密封環移動至該外磁環之一段時,在該內磁環和該段之間會產生一磁力,以吸引該磁流體流動,使該磁流體在該內磁環和該段之間環繞該密封環的一外緣形成一軸封,以阻隔該密封環內外間氣體或液體的流動。
若利用本案發明之蛇腹上下及前後移動該軸桿,一般而言,本案發明之密封軸承組件可以使該軸桿在軸向延伸10至50毫米,至於該軸桿線性位移的行程則依蛇腹行程而定。經實驗證明,本案發明可在該軸桿的轉速最高達每分鐘1000轉時,不會發生洩漏。
磁流體是由磁性微粒,界面活性分子與基礎載液所組成。磁性微粒為奈米級的鐵磁分子,以界面活性分子披覆,均勻分散於基礎載液中,有如一團流動的鐵磁物質。當受到外加磁場的影響,會沿著磁力線分佈形成各種形狀。若在微小的間隙中,外加以磁場,置入磁流體,將形成一堵隔絕兩側環境屏障。本發明利用該磁流體可被磁力控制而吸附及移動的特性,不論該軸桿旋轉或位移,皆能達到密封的效果。
依據實驗的結果,本發明之密封軸承組件在下列狀況仍能維持良好的密封效果,可有效的隔絕液體或氣體:真空度1*E-7Torr、壓差2atm、溫度範圍0~80℃、軸徑20mm、線性位移行程300mm、線性位移速度25mm/sec、轉速200RPM。
100‧‧‧密封軸承組件
102‧‧‧軸桿
102a‧‧‧攪拌端
102b‧‧‧控制端
103‧‧‧軸孔
108‧‧‧內磁環
110‧‧‧密封環
112‧‧‧外磁環
112a,112b,112c,112d‧‧‧環狀永久磁鐵
116‧‧‧外殼
118a,118b,118c,118d‧‧‧導磁環
130‧‧‧第一平行位移
131‧‧‧垂直位移
132‧‧‧第二平行位移
134‧‧‧旋轉運動方向
136‧‧‧擺動方向
138‧‧‧安裝環
140‧‧‧安裝孔
202‧‧‧固定端
204‧‧‧蛇腹
206‧‧‧活動端
208‧‧‧固定孔
210‧‧‧墊圈
212‧‧‧調整孔
302‧‧‧磁流體
304‧‧‧軸封
502‧‧‧磁流體
602‧‧‧磁流體
藉由參考下列詳細敘述,將可以更快地瞭解上述觀點以及本發明之優點,並且藉由下面的描述以及附加圖式,可以更容易瞭解本發明之精神。其中:圖1A繪示本發明的一種密封軸承組件從活動端觀之的立體圖。
圖1B繪示本發明的一種密封軸承組件從固定端觀之的立體圖。
圖2為圖1A和圖1B所示的密封軸承組件剖面圖。
圖3為圖2的密封軸承組件剖面圖的密封軸承的放大圖式。
圖4繪示本發明之部分元件的立體示意圖。
圖5繪示當環狀永久磁鐵間是以同性磁極相鄰的方式排列時,磁流體在外殼朝向軸桿的表面上的分佈示意圖。
圖6繪示當環狀永久磁鐵間是以異性磁極相鄰的方式排列時,磁流體在外殼朝向軸桿的表面上的分佈示意圖。
現在將對本發明不同的實施方式進行說明。下列描述提供本發明特定的施行細節,俾使閱者徹底瞭解這些實施例之實行方式。然該領域之熟習技藝者須瞭解本發明亦可在不具備這些細節之條件下實行。此外,文中不會對一些已熟知之結構或功能或是作細節描述,以避免各種實施例間不必要相關描述之混淆,以下描述中使用之術語將以最廣義的合理方式解釋,即使其與本發明某特定實施例之細節描述一起使用。
圖1A繪示本發明的一種密封軸承組件(100)從活動端(206)觀之的立體圖,而圖1B繪示本發明的一種密封軸承組件(100)從固定端(202)觀之的立體圖。本發明的一種密封軸承組件(100)利用一蛇腹(204)包覆一密封軸承。當安裝至一液體與氣體交界處時,例如,安裝至一攪拌槽的腔室壁,可將本發明的密封軸承組件(100)的該蛇腹(204)和一軸桿(102)的一攪拌端(102a)置入該攪拌槽內,而以一控制端(102b)經由該攪拌槽的腔室壁上的一窗口伸出該攪拌槽,並且以該蛇腹(204)的一固定端(202)固接至該攪拌槽的腔室壁上的該窗口。
其中該固定端(202)可以為環狀,利用該固定端(202)上的一或多固定孔(208)再加上一墊圈(210)固接至該攪拌槽的腔室壁上的該窗口四周。細言之,該蛇腹(204)在包覆該密封軸承時,是以一活動端(206)連接至該密封軸承之該外殼(圖2元件116)。該外殼(116)可具有一安裝環(138),該安裝環(138)可具有一或多安裝孔(140),用以連接該蛇腹(204)的該活動端(206)。
請參考圖2,該蛇腹(204)的該固定端(202)具有一調整孔(212),該軸桿(102)的該控制端(102b)穿過該調整孔(212),該調整孔(212)的直徑大於該軸桿(102)的直徑而留有空間。再回到圖1A,因為該蛇腹(204)可伸縮,使該軸桿(102)能夠平行於該軸桿(102)相對於該固定端(202)移動一第一平行位移(130)。此外,因為該蛇腹(204)不只可伸縮尚可彎曲擺動,配合直徑大於該軸桿(102)直徑
而留有空間的該調整孔(212),可利用該蛇腹(204)以圖1A所示之一擺動方向(136)來擺動該軸桿(102),也可利用該蛇腹(204)如圖1B所示般垂直該軸桿(102)移動該軸桿(102)一垂直位移(131)。其中,該擺動方向(136)可以是水平、垂直於地面或任一方向的擺動,而該垂直位移(131)亦可是水平、垂直於地面或任一方向的移動。綜上所述,利用該蛇腹(204),可以在多個方向上移動或擺動該軸桿(102),而仍能達到密封的功效,防止該攪拌槽內的液體經由該窗口洩露。
因此,當本發明的密封軸承組件應用於諸如滾筒刷的設備時,即使滾筒刷高速旋轉,或隔絕的對象是高溫或鹼性溶液,仍能以該垂直位移(131)上下平行移動該軸桿(102)進行調整,而不會有溶液洩露的問題,從而解決現今密封軸承組件應用的問題。
請參考圖1A,該安裝環(138)具有一軸孔(103)用以容納該軸桿(102)依一旋轉運動方向(134)旋轉。其中,該軸桿(102)除了可平行於該軸桿(102)相對於該固定端(202)移動一第一平行位移(130)之外,尚可進一步相對於該安裝環(138)移動一第二平行位移(132),而仍能達到密封的效果。詳言之,外界的氣體或流體或許可穿過該軸孔(103)而流入該密封軸承組件(100),但會被該密封軸承組件(100)的內部結構所阻絕而達到密封的效果。此種內部結構將說明如下。
圖2為圖1A和圖1B所示的密封軸承組件剖面圖。如圖所示,一密封軸承包含:一外殼(116);一軸桿(102);及一密封環(110),其中該密封環(110)固定在該軸桿(102)上,而隨著該軸桿(102)移動,該密封環(110)可為圓筒狀,該密封環(110)的一中軸線與該軸桿(102)相同;一內磁環(108),其設置在該密封環(110)中,且環繞該軸桿(102)呈環狀;及一外磁環(112),其被該外殼(116)包覆,而環繞該內磁環(108)呈環狀。其中,在該外磁環(112)與該軸桿(102)之間有一磁流體(未見於圖式),其因為該外磁環(112)的一磁力而分佈在該外殼(116)朝向該軸桿(102)的一表面上,詳如後述。
圖3為圖2的密封軸承組件剖面圖的密封軸承的放大圖式。其中,該外磁環(112)具有一或多環狀永久磁鐵(112a-112e),其環繞該內磁環(108)呈環狀。在該外磁環(112)與該軸桿(102)之間有一磁流體(302),其因為該外磁環(112)的一磁力而分佈在該外殼(116)朝向該軸桿(102)的一表面上。
如圖3所示,當該內磁環(108)隨著該密封環(110)移動至該外磁環(112)之一段時,在該內磁環(108)和該段之間會產生一磁力,以吸引該磁流體
(302)流動,使該磁流體(302)在該內磁環(108)和該段之間環繞該密封環(110)的一外緣形成一軸封(304),其中該軸封(304)係環繞該密封環(110)而呈環狀。因此,可以用該密封環(110)為界限,阻隔該密封環(110)內外間氣體或液體的流動。
請參考圖1A,當該軸桿(102)相對於該安裝環(138)線性移動一第二平行位移(132)時,再參考圖2,該軸桿(102)也就相對於該外殼(116)做同樣的位移。如圖2所示,因為該密封環(110)亦伴隨該軸桿(102)移動,該密封環(110)內的該內磁環(108)也會移動,並吸引該磁流體(302)流動,使該磁流體(302)形成的該軸封(304)一起移動,從而仍能維持密封,阻隔該密封環(110)內外間氣體或液體的流動。
整體而言,利用該磁流體(302)可被磁力控制而吸附及移動的特性,配合本發明之上述結構,不僅可在該軸桿(102)依圖1A所示之一旋轉運動方向(134)旋轉時,達到密封的效果,亦可在該軸桿(102)相對於該安裝環(138)移動一第二平行位移(132)時,達到密封的效果。
圖4繪示本發明之部分元件的立體示意圖。如圖所示,本發明之軸桿(102)和密封環(110)呈圓柱狀,而環狀永久磁鐵(112a)和導磁環(118a)呈環狀。
選擇性地,如圖2所示,該外磁環(112)的該一或多環狀永久磁鐵(112a-112e)間可以採用同性磁極相鄰的方式排列。例如,環狀永久磁鐵(112a)的N極與另一環狀永久磁鐵(112b)的N極相鄰。採用採用同性磁極相鄰的方式排列的優點,將在下文中參考圖5和圖6進行說明。
選擇性地,如圖3所示,該外磁環(112)的該一或多環狀永久磁鐵(112a-112e)間可以用一導磁環(118a-118d)相隔,該導磁環(118a-118d)環繞該內磁環(108)呈環狀。
選擇性地,該外磁環(112)除了可以是永久磁鐵之外,亦可以是一電磁鐵。也就是說,該外磁環(112)可以是一電磁線圈,而以電流控制電磁感應,來產生及控制磁性和磁力大小。相同地,該內磁環(108)除了可以是一永久磁鐵之外,亦可以是一電磁鐵。也就是說,該內磁環(108)可以是一電磁線圈,而以而以電流控制電磁感應,來產生及控制磁性和磁力大小。
圖5繪示當環狀永久磁鐵(112a-112e)間是以同性磁極相鄰的方式排列時,磁流體(502)在該外殼(116)朝向軸桿的表面上的分佈示意圖。經由實驗
證明,在該密封環(110)及其內的該內磁環(108)未接近的情況下,因為環狀永久磁鐵(112a-112e)是以同性磁極相鄰的方式排列,所產生的磁力線將使磁流體(502)呈波浪狀平均分佈在該外殼(116)朝向軸桿的表面上。而在該密封環(110)及其內的該內磁環(108)接近時,會與環狀永久磁鐵(112a-112e)共同作用使磁路做局部的連接,使磁液產生密封效果,才會如圖3的實施例般形成軸封,因此環狀永久磁鐵(112a-112e)間以同性磁極相鄰的方式排列較適合本發明。
圖6繪示當環狀永久磁鐵(112a-112e)間是以異性磁極相鄰的方式排列時,磁流體(603)在該外殼(116)朝向軸桿的表面上的分佈示意圖。經由實驗證明,在該密封環(110)及其內的該內磁環(108)未接近的情況下,因為環狀永久磁鐵(112a-112e)是以異性磁極相鄰的方式排列,所產生的磁力線將使磁流體(502)集中分佈在該外殼(116)朝向軸桿的表面上之兩端。而在該密封環(110)及其內的該內磁環(108)接近時,無法與環狀永久磁鐵(112a-112e)共同作用形成局部磁路,也就無法使磁液產生密封效果,無法如圖3的實施例般形成軸封,因此環狀永久磁鐵(112a-112e)間以異性磁極相鄰的方式排列較不適合本發明,但本發明所屬技術領域之通常知識者仍能按本發明揭露內容而實施之,以異性磁極相鄰的方式排列仍屬本發明之範疇內。
本發明並未侷限在此處所描述之特定細節特徵。在本發明之精神與範疇下,與先前描述與圖式相關之許多不同的發明變更是可被允許的。因此,本發明將由下述之專利申請範圍來包含其所可能之修改變更,而非由上方描述來界定本發明之範疇。
100‧‧‧密封軸承組件
102‧‧‧軸桿
102a‧‧‧攪拌端
102b‧‧‧控制端
103‧‧‧軸孔
130‧‧‧第一平行位移
131‧‧‧垂直位移
132‧‧‧第二平行位移
134‧‧‧旋轉運動方向
136‧‧‧擺動方向
138‧‧‧安裝環
140‧‧‧安裝孔
202‧‧‧固定端
204‧‧‧蛇腹
206‧‧‧活動端
208‧‧‧固定孔
Claims (10)
- 一種密封軸承組件(100),包含:一密封軸承,其具有一外殼(116);一軸桿(102);一密封環(110)固定在該軸桿(102)上;一內磁環(108)設置在該密封環(110)中且環繞該軸桿(102);一外磁環(112)被該外殼(116)包覆而環繞該內磁環(108),及;一磁流體(302)因該外磁環(112)的一磁力而分佈在該外殼(116)朝向該軸桿(102)的一表面上;及一蛇腹(204),其包覆該密封軸承,且具有一固定端(202)用以固接至一腔室壁,及具有一活動端(206)用以連接至該密封軸承之該外殼(116);其中該外殼(116)具有一軸孔(103),用以容納該軸桿(102),及;該固定端(202)具有一調整孔(212),該軸桿(102)穿過該調整孔(212),該調整孔(212)的直徑大於該軸桿(102)的直徑。
- 如請求項1所述之密封軸承組件(100),其中:該密封環(110)為圓筒狀,該密封環(110)的一中軸線與該軸桿(102)相同;該內磁環(108)呈環狀;該外磁環(112)呈環狀;及當該軸桿(102)相對於該外殼(116)線性移動,使該內磁環(108)隨著該密封環(110)移動至該外磁環(112)之一段時,在該內磁環(108)和該段之間會產生一磁力,以吸引該磁流體(302)流動,使該磁流體(302)在該內磁環(108)和該段之間環繞該密封環(110)的一外緣形成一軸封(304),以阻隔該密封環(110)內外間氣體或液體的流動。
- 如請求項2所述之密封軸承組件(100),其中該外磁環(112)具有一或多環狀永久磁鐵(112a-112e),其環繞該內磁環(108)呈環狀。
- 如請求項3所述之密封軸承組件(100),其中該外磁環(112)的該一或多環狀永久磁鐵(112a-112e)間是以同性磁極相鄰的方式排列。
- 如請求項3所述之密封軸承組件(100),其中該外磁環(112)的該一或多環狀永久磁鐵(112a-112e)間以一導磁環(118a-118d)相隔,該導磁環(118a-118d)環繞該內磁環(108)呈環狀。
- 如請求項2所述之密封軸承組件(100),其中該蛇腹(204)的該固定端(202)具有一或多固定孔(208),以固接至一攪拌槽的一腔室壁上一窗口四周;該蛇腹(204)的該活動端(206)連接至該外殼(116)的一安裝環(138);及該安裝環(138)具有一或多安裝孔(140),用以連接該蛇腹(204)的該活動端(206)。
- 如請求項2所述之密封軸承組件(100),其中該蛇腹(204)的該固定端(202)具有一調整孔(212);該軸桿(102)的一控制端(102b)穿過該調整孔(212);及該調整孔(212)大於該軸孔(103),以供該軸桿(102)調整一傾斜角度。
- 如請求項2所述之密封軸承組件(100),其中該外磁環(112)為一電磁鐵。
- 如請求項2所述之密封軸承組件(100),其中該內磁環(108)為一永久磁鐵。
- 如請求項2所述之密封軸承組件(100),其中該內磁環(108)為一電磁鐵。
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TW103130279A TWI558929B (zh) | 2014-09-02 | 2014-09-02 | 可擺動及位移之密封軸承組件 |
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