專利名稱：磁懸浮軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承，尤其涉及一種適用于風(fēng)扇馬達(dá)，通過磁性配置所產(chǎn)生的磁力懸浮固定的環(huán)形磁懸浮軸承。
背景技術(shù)：
公知的風(fēng)扇馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸所使用的軸承，有滾珠式、油銅式及液態(tài)式等幾種，但此類軸承無可避免的均會(huì)在各組件間形成機(jī)械接觸，而必然產(chǎn)生摩擦力，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪音及震動(dòng)，由于計(jì)算機(jī)各部件的運(yùn)行速度越來越快，發(fā)熱量也不斷上升，不但對(duì)散熱風(fēng)扇的使用日益增多，對(duì)其散熱性能的要求也非常的高，其轉(zhuǎn)速動(dòng)輒超過每分鐘五千轉(zhuǎn)以上，一部臺(tái)式計(jì)算機(jī)除最基本的CPU所需的高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇以及電源供應(yīng)器至少需要使用一個(gè)風(fēng)扇外，顯示芯片(GPU)、北橋芯片、內(nèi)存模塊(RAMModule)、刻錄機(jī)及機(jī)箱上也都需要使用散熱風(fēng)扇來幫助散熱，在風(fēng)扇使用數(shù)量如此多的情況下，若都采用公知的機(jī)械式軸承，則其噪音及震動(dòng)問題會(huì)變得極為嚴(yán)重，對(duì)使用者的計(jì)算機(jī)操作造成不便，于是才有磁懸浮軸承的問世。
磁懸浮軸承的發(fā)展雖然已有一段時(shí)間，但其懸浮的固定力卻始終不理想，如美國第6617732號(hào)專利(如

圖1所示)所公開的，其軸承結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)對(duì)稱的靜磁環(huán)A及一動(dòng)磁環(huán)B組成。動(dòng)磁環(huán)B套設(shè)在馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸C上，由圖1可看出，動(dòng)磁環(huán)B位于兩個(gè)靜磁環(huán)A之間，其鄰接面為相同的磁極，且為平行的斜面，可產(chǎn)生斜向斥力，通過該斜向斥力的水平分力及垂直分力，可對(duì)動(dòng)磁環(huán)B及轉(zhuǎn)軸C產(chǎn)生徑向及軸向的固定力。但該結(jié)構(gòu)在實(shí)際制造時(shí)的難度非常高，其原因在于靜磁環(huán)A與動(dòng)磁環(huán)B鄰接的斜面傾角必須非常精密地吻合，即必須使環(huán)形斜面間的任何一點(diǎn)均保持相同間隙。此外，動(dòng)靜磁環(huán)B、A間的磁力也必須保持一定強(qiáng)度，但因?yàn)殪o磁環(huán)A分為兩個(gè)獨(dú)立個(gè)體，其磁力要保持完全相同實(shí)非易事，而這兩個(gè)部分只要其中一個(gè)稍有偏差，即會(huì)使靜磁環(huán)B及轉(zhuǎn)軸C的旋轉(zhuǎn)失去平衡，難以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，因而發(fā)生震動(dòng)，且震動(dòng)會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的提高而增加，因此這種設(shè)計(jì)幾乎無商品化的可能。
另有一種公知的磁懸浮軸承的設(shè)計(jì)如中國臺(tái)灣專利第92203239號(hào)所公開的，如圖2所示，其由一內(nèi)磁環(huán)E及一外磁環(huán)D對(duì)應(yīng)套合而成，內(nèi)磁環(huán)E套設(shè)在轉(zhuǎn)軸F上。使兩個(gè)磁環(huán)D，E的環(huán)體的內(nèi)外環(huán)壁各成對(duì)應(yīng)的單一極性，如圖2中所示，外磁環(huán)D的內(nèi)環(huán)壁及內(nèi)磁環(huán)E的外環(huán)壁為相同的第一磁極(如北極)，而其分別對(duì)應(yīng)的另一環(huán)壁為第二磁極(如南極)，使內(nèi)外磁環(huán)E、D的鄰接面產(chǎn)生同極斥力。此外，位于環(huán)壁上的磁極強(qiáng)度有特殊的配置，如外磁環(huán)D的內(nèi)環(huán)壁在靠近兩端處的磁力較強(qiáng)，中央處較弱，內(nèi)磁環(huán)E則恰好相反，且內(nèi)磁環(huán)E的高度必須略小于外磁環(huán)D的高度，由此可使內(nèi)外磁環(huán)E、D的鄰接面間產(chǎn)生徑向及斜向的斥力(如圖2中箭號(hào)所示)，從而使內(nèi)磁環(huán)E懸浮固定在外磁環(huán)D中。但這種設(shè)計(jì)仍然存在制造上的困難，即內(nèi)磁環(huán)E的固定完全依賴環(huán)體鄰接面間的磁力強(qiáng)弱的平衡，不但同一磁環(huán)的兩個(gè)強(qiáng)磁區(qū)或兩個(gè)弱磁區(qū)必須分別具有相同強(qiáng)度，且兩個(gè)磁環(huán)間的對(duì)應(yīng)磁力強(qiáng)度也必須保持一定的比例，這對(duì)于一個(gè)環(huán)形磁鐵而言，是非常難以達(dá)到的，而上述幾個(gè)磁力強(qiáng)弱的對(duì)應(yīng)平衡點(diǎn)只要其中之一稍有偏差就會(huì)無法保持動(dòng)態(tài)平衡，即在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)。而且這種設(shè)計(jì)的軸向固定力不足，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)磁環(huán)E會(huì)發(fā)生軸向偏移，因此需要在轉(zhuǎn)軸F的兩端分別用一阻環(huán)G加以夾固(如圖3所示)，因此轉(zhuǎn)軸F與兩阻環(huán)G間存有機(jī)械性接觸，勢(shì)必將產(chǎn)生噪音，并非完全的懸浮狀態(tài)，因此仍然需要改進(jìn)。
本發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種磁懸浮軸承，可降低制造上的精度要求，降低制造成本，使其成為可商品化的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種磁懸浮軸承，可達(dá)到完全的懸浮狀態(tài)，并可達(dá)到極佳的動(dòng)態(tài)平衡效果，完全不產(chǎn)生任何噪音，震動(dòng)程度也可大幅縮減至幾乎無法感覺的程度，將無謂的功率消耗降至最低。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明由一內(nèi)磁環(huán)及一外磁環(huán)對(duì)應(yīng)套合組成，其中該外磁環(huán)的內(nèi)環(huán)壁在靠近環(huán)體兩端面處為第一磁極，第二磁極配置在內(nèi)環(huán)壁的中央處向外擴(kuò)張延伸至整個(gè)外環(huán)壁的梯形區(qū)域，使南北極間的零界中心線由環(huán)體的外端角斜向延伸至內(nèi)環(huán)壁的靠近中央處，即內(nèi)環(huán)壁的中央處為第二磁極；內(nèi)磁環(huán)的磁性配置與外磁環(huán)對(duì)稱，由整個(gè)外環(huán)壁向內(nèi)環(huán)壁中央處延伸的梯形區(qū)域?yàn)榈谝淮艠O，內(nèi)環(huán)壁的靠近兩端面處為第二磁極，在內(nèi)外磁環(huán)的鄰接環(huán)壁的靠近兩端面處形成斜向斥力，使內(nèi)磁環(huán)可通過此斜向斥力的對(duì)稱作用而懸浮固定在外磁環(huán)內(nèi)，且因?yàn)樵趦?nèi)外磁環(huán)鄰接環(huán)面中央處形成徑向吸力可避免磁環(huán)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)偏離脫位。
本發(fā)明的磁懸浮軸承可達(dá)到完全的懸浮狀態(tài)，完全不產(chǎn)生任何噪音，并且可降低制造上的精度要求，降低制造成本，附圖的簡要說明圖1為公知磁懸浮軸承的縱向剖視圖；圖2為另一公知磁懸浮軸承的縱向剖視圖；圖3為圖2的磁懸浮軸承的立體分解圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承的立體分解圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承的立體組合圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承縱向剖視圖；圖7為圖6中A部分的局部放大圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承的磁環(huán)外環(huán)壁中央處周緣的磁場強(qiáng)度實(shí)測圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承的磁環(huán)外環(huán)壁近兩端面處周緣的磁場強(qiáng)度實(shí)測圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承的磁環(huán)內(nèi)環(huán)壁中央處周緣的磁場強(qiáng)度實(shí)測圖；圖11為本發(fā)明實(shí)施例的磁懸浮軸承的磁環(huán)內(nèi)環(huán)壁近兩端面處周緣的磁場強(qiáng)度實(shí)測圖。
具體實(shí)施例方式
圖4、圖5為本發(fā)明的磁懸浮軸承的立體分解圖及組合圖。如圖4、圖5所示，本發(fā)明由用永久磁鐵制成的一外磁環(huán)1及一內(nèi)磁環(huán)2對(duì)應(yīng)套合而成。其中內(nèi)磁環(huán)2的外徑略小于外磁環(huán)1的內(nèi)徑，使兩者的鄰接環(huán)壁可保持一定間隙，即內(nèi)磁環(huán)2懸浮于外磁環(huán)1內(nèi)，而無任何機(jī)械性接觸，且兩磁環(huán)1，2的高度相同。磁環(huán)1，2的磁極配置及兩者間的磁力作用狀態(tài)如圖6所示，其中外磁環(huán)1的內(nèi)環(huán)壁在靠近環(huán)體兩端面處為第一磁區(qū)11，同為第一磁極(如北極)。第二磁區(qū)12為由內(nèi)環(huán)壁的中央處向外擴(kuò)張延伸至整個(gè)外環(huán)壁的梯形區(qū)域，第二磁區(qū)12配置為第二磁極(如南極，使第一與第二磁區(qū)11，12間的零界中心線13由環(huán)體的外端角斜向延伸至內(nèi)環(huán)壁的靠近中央處，即內(nèi)環(huán)壁的中央處為第二磁極，夾設(shè)在兩個(gè)第一磁極間。內(nèi)磁環(huán)2的極性配置對(duì)稱于外磁環(huán)1，由整個(gè)外環(huán)壁向內(nèi)環(huán)壁中央處延伸所形成的梯形區(qū)域?yàn)榈谌艆^(qū)21，并配置為第一磁極，而內(nèi)環(huán)壁靠近兩端面處的三角形區(qū)域?yàn)榈谒拇艆^(qū)22，配置為第二磁極。
圖7為圖6中A部分的內(nèi)外磁環(huán)2、1鄰接壁面處的局部放大圖。如圖7所示，由于第三磁區(qū)21與第四磁區(qū)22的零界中心線為斜向，使兩磁環(huán)1，2的鄰接環(huán)壁在兩端面處產(chǎn)生斜向斥力，該斥力的傾角與零界中心線同一方向，由此斜向斥力的水平分力及垂直分力的對(duì)稱作用，使內(nèi)磁環(huán)2懸浮固定在外磁環(huán)1內(nèi)，形成靜態(tài)平衡。此外，在兩磁環(huán)1，2鄰接環(huán)壁的中央處為不同磁極，會(huì)產(chǎn)生徑向吸力，雖然因?yàn)榄h(huán)形分布的對(duì)稱作用會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)抵消，即在兩磁環(huán)1，2沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，該處的徑向磁吸力會(huì)因互相抵消而形成平衡狀態(tài)，但當(dāng)內(nèi)磁環(huán)2高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，該處的磁吸力卻會(huì)對(duì)內(nèi)磁環(huán)2產(chǎn)生牽引作用，即當(dāng)內(nèi)磁環(huán)2因高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生軸向的偏移力時(shí)，該磁吸力抵消該偏移力，形成極佳的軸向固定力，使內(nèi)磁環(huán)2絕不會(huì)偏移脫位。
由于在本發(fā)明中，內(nèi)、外磁環(huán)的磁區(qū)配置方式完全相同，但磁極配置相反，即內(nèi)外磁環(huán)在相對(duì)應(yīng)的同一位置的極性是相反的。圖8至圖11為本發(fā)明的單一磁環(huán)環(huán)壁周緣的磁場強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果，其做內(nèi)磁環(huán)或外磁環(huán)均可。圖8為外環(huán)壁中央處周緣的磁場強(qiáng)度，讀數(shù)約在負(fù)900高斯，極性為南極；圖9為外環(huán)壁的靠近兩端面處的磁場強(qiáng)度，讀數(shù)約為負(fù)500高斯，磁場強(qiáng)度較中央處弱，極性為南極；圖10為內(nèi)環(huán)壁中央處的磁場強(qiáng)度，讀數(shù)約為負(fù)300高斯，極性為南極；圖11為內(nèi)環(huán)壁靠近兩端面處的磁場強(qiáng)度，讀數(shù)約為正300高斯，與中央處的磁場強(qiáng)度相同，但極性為北極，由此實(shí)測的數(shù)據(jù)可證明本發(fā)明的磁性配置是確實(shí)可行的，在實(shí)際安裝在散熱風(fēng)扇中時(shí)也確實(shí)不產(chǎn)生任何噪音，震動(dòng)程度也低于人體可感覺的范圍，遠(yuǎn)低于公知機(jī)械式軸承及現(xiàn)有的磁懸浮軸承，實(shí)為一極優(yōu)異的設(shè)計(jì)。
上述的附圖及說明，僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，但并非為限定本發(fā)明的實(shí)施例，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員按照本發(fā)明的技術(shù)特征所作的其它等效變換，均包括在本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁懸浮軸承，其特征在于，包括一外磁環(huán)，為一環(huán)形體的永久磁鐵，其內(nèi)環(huán)壁靠近環(huán)體的兩端面為相同的第一磁極，第二磁極配置在內(nèi)環(huán)壁的中央處向外擴(kuò)張延伸至整個(gè)外環(huán)壁的梯形區(qū)域，使南北極間的零界中心線由環(huán)體的外端角斜向延伸至內(nèi)環(huán)壁的靠近中央處，即內(nèi)環(huán)壁的中央處為第二磁極；一內(nèi)磁環(huán)，為一環(huán)形體的永久磁鐵，其外徑小于外磁環(huán)的內(nèi)徑，使所述內(nèi)磁環(huán)可套合在外磁環(huán)內(nèi)，其磁性配置與外磁環(huán)對(duì)稱，但磁極對(duì)調(diào)，即由整個(gè)外環(huán)壁向內(nèi)環(huán)壁中央處延伸的梯形區(qū)域?yàn)榈谝淮艠O，內(nèi)環(huán)壁靠近兩端面處為第二磁極；由此在內(nèi)外磁環(huán)的鄰接環(huán)壁的靠近兩端面處形成斜向斥力，使內(nèi)磁環(huán)可通過此斜向斥力的對(duì)稱作用而懸浮固定在外磁環(huán)內(nèi)，且內(nèi)外磁環(huán)鄰接環(huán)面中央處形成徑向吸力。
2.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述內(nèi)外磁環(huán)的高度相同。
3.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述第一磁極為北極，第二磁極為南極。
4.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述第一磁極為南極，第二磁極為北極。
5.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述磁環(huán)的外環(huán)壁中央的磁場強(qiáng)度高于靠近兩端面處的磁場強(qiáng)度。
6.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮軸承，其特征在于所述磁環(huán)的內(nèi)環(huán)壁中央的磁場強(qiáng)度等于靠近兩端面處的磁場強(qiáng)度，但極性相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁懸浮軸承，主要由一內(nèi)磁環(huán)及一外磁環(huán)對(duì)應(yīng)套合而成，其中該外磁環(huán)的內(nèi)環(huán)壁靠近環(huán)體的兩端面為相同的第一磁極(如北極)，第二磁極(如南極)配置在內(nèi)環(huán)壁的中央向外擴(kuò)張延伸至整個(gè)外環(huán)壁的梯形區(qū)域，使南北極間的零界中心線由環(huán)體的外端角斜向延伸至內(nèi)環(huán)壁的靠近中央處，即內(nèi)環(huán)壁的中央為第二磁極；內(nèi)磁環(huán)的磁性配置與外磁環(huán)對(duì)稱，由整個(gè)外環(huán)壁向內(nèi)環(huán)壁中央延伸的梯形區(qū)域?yàn)榈谝淮艠O，內(nèi)環(huán)壁的靠近兩端面處為第二磁極，使內(nèi)外磁環(huán)的鄰接環(huán)壁在靠近兩端面處形成斜向斥力(因同為第一磁極)，使內(nèi)磁環(huán)通過此斜向斥力的對(duì)稱作用而懸浮固定在外磁環(huán)內(nèi)，因內(nèi)外磁環(huán)在鄰接環(huán)面中央處形成徑向吸力可避免磁環(huán)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)偏離脫位。
文檔編號(hào)F16C32/04GK1651779SQ200410001088
公開日2005年8月10日 申請(qǐng)日期2004年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者柯寅昌, 柯寅盛 申請(qǐng)人:柯寅昌, 柯寅盛