JP3129498U - 磁気浮上回転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的高い回転速度下で回転することを可能にする磁気浮上回転装置を提供する。
【解決手段】第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２、回転軸４２、磁性ユニット４４及び導電コイル２４とを備える。二つの誘導ユニットは互いに距離を置くように配置され、二つの誘導ユニット間の距離は変更可能である。回転軸は二つの誘導ユニットの間に配置され、回転軸の両端は別々に二つの誘導ユニットに面する。磁性ユニットは回転軸に配置される。導電コイルは同軸上で回転軸の外囲に配置される。導電コイルは、磁力を生じて磁性ユニットに感応することにより、回転軸を二つの誘導ユニットの間に浮かばせ、回転軸を中心に磁性ユニットを回転させる。
【選択図】図２

Description

本考案は、磁気浮上回転装置、詳しく言えば比較的高い回転速度下で回転することを可能にする磁気浮上回転装置に関するものである。

ファンは様々な技術領域に汎用されている。ファンを汎用する目的は、ファンの回転に伴い空気を流動させることにより導流と放熱との効果を生じることである。図１６に示すように、周知のファン１は定子２と回転子３とを備える。定子２は二つのベアリング４を有し、ベアリング４は周囲にコイル５を有する。回転子３は回転軸６、磁性ユニット７及び若干のはね８とを有し、回転軸６はベアリング４の内側を貫通するように配置され、はね８は回転軸６を軸心にして外向きに放射状に延伸される。周知のファン１が運転する際、コイル５は磁極を切り換える方法により磁性ユニット７との相互感応を生じると同時に作用力を生じ、回転軸６とはね８とを回転させることにより空気を流動させ、導流効果を生じることが可能である。
またファン１が回転する際、コイル５と磁性ユニット７とにより生じた磁力作用方向は回転軸６の軸方向と一致しないため、ファン１は回転しながら横揺れ角度９を呈し揺れるとともにベアリング４に平均受力を取らせなくなり、ベアリング４は受力が平均していない状態下で長期間にわたって使用されると非自然の摩損が起こりやすくなる。
またベアリング４の摩損程度が持続的に積み重なるのに伴い、ファン１の横揺れ角度９は徐々に大きくなり、内部の隙間を増加させると同時にベアリング４の機械効率を低下させ、使用寿命を縮減してしまう。またファン１は部品が緩んだことが原因で摩擦面積を増加させ、騒音を生じる。またベアリング４は開放式構造であるため、埃が溜まりやすく、ベアリング４の運転に影響を与えてしまうことも、機械効率を低下させる要素の一つである。
アメリカ合衆国特許第６，３０９，１９０号により掲示された軸流ファン軸の支持装置は、軸流ファンのファン軸を二つの支持部の間に固定し、そののち電子制御ユニットのコイルにより生じた磁力感応をファンの磁石リングに設け、上述の磁力感応を介してファンを回転させ、かつファンの回転の際にファン軸とそれぞれの支持部のみを互いに接触させることによりファンの運転の際の摩擦力を減少させる。
従来のファンはベアリングにより固定される構造を使用するのに対し、上述のアメリカ合衆国の特許は二つの支持部によりファン軸を支持する。上述のコイルと磁石リングとの間に生じた磁力は、ファンを回転させることが可能であると同時に、軸流ファン全体を横に偏移させるように牽引する。またファンが回転すると空気の流動を促し、空気が流動すると流動方向に反対する反力を生じてファンを押して動かす。またファンの製造過程において寸法に異変が起き、二つの支持部の間の距離がファン軸の長さより短くなっても、ファン軸は支持部の支持を受けてファンに伴い回転することが可能であるが、ファン軸の両端は磁力と反力の作用を受けた上で、そのうちの一端と一つの支持部との間に比較的大きい接触力と反力を生じやすくなるため、その端の受力が比較的大きくなり、不正常の摩損状況が生じる。かつファン軸のボディーは、上述の様々な力の作用を受けた上で湾曲変形が起きる。ファン軸に摩損または変形現象が起きるにもかかわらず、ファンは比較的高い回転速度で回転できず、ファンの回転の際に騒音を生じ、運転寿命を減少させてしまう。

本考案の主な目的は、比較的高い回転速度下で回転することを可能にする磁気浮上回転装置を提供することである。
本考案のもう一つの目的は、機械効率が比較的良好で使用寿命が比較的長く、騒音が比較的小さい特徴を有する磁気浮上回転装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、本考案による磁気浮上回転装置は二つの誘導ユニット、一つの回転軸、一つの磁性ユニット及び一つの導電コイルとを備える。二つの誘導ユニットは互いに距離を置くように配置され、そのうちの一つの誘導ユニットは別の誘導ユニットに対し移動することにより二つの誘導ユニットの間の距離を変えることが可能である。回転軸は二つの誘導ユニットの間に配置され、かつ回転軸の両端は別々に二つの誘導ユニットに面する。磁性ユニットは回転軸に配置される。導電コイルは同軸上で回転軸の外囲に配置される。また導電コイルは、磁力を生じて磁性ユニットに感応することにより回転軸を二つの誘導ユニットの間に浮かばせ、かつ回転軸を中心に磁性ユニットを回転させる。これにより、本考案による磁気浮上回転装置は、構造が簡単化されたためよりいっそう単純になり、かつ回転軸と第一誘導ユニットと第二誘導ユニットとの間の作用力が比較的小さいため摩擦力、反力、又は回転軸の摩損の機会と騒音などを減少させ、使用寿命を延長させ、機械効率を高めることが可能である。また本考案では、二つの誘導ユニットの間の距離を調整することにより磁気浮上回転装置の運転をよりいっそうスムーズにし、高回転速度を応用する場合に適用することが可能である。

以下、実施例と図面に基づいて本考案の構造、特徴及び効果とを説明する。
図１から図３に示すのは、本考案による磁気浮上回転装置５０が放熱用のファン１０に応用された実施例である。ファン１０は第一フレーム２０と第二フレーム３０とを含み、磁気浮上回転装置５０は第一フレーム２０と第二フレーム３０との間に配置される。

図１に示すように、第一フレーム２０は一つの側面に四つの位置決め部２６を有し、それぞれの位置決め部２６は陥凹状を呈し、第一フレーム２０のそれぞれの端角に配置される。第二フレーム３０は四つの係合部３４を有し、それぞれの係合部３４は外端が第一フレーム２０のそれぞれの位置決め部２６内に配置されるため、第一フレーム２０に第二フレーム３０を被るように固定することが可能である。

図２に示すように、第一フレーム２０は中空の中心部２１を有し、中心部２１は内部に固定ユニット２２２を有し、固定ユニット２２２は嵌合溝２３と調整ユニット２２１とを有し、調整ユニット２２１はボルトである。調整ユニット２２１は固定ユニット２２２中に締められ、かつ嵌合溝２３から入り込む。

磁気浮上回転装置５０は、第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２、回転軸４２、作動ユニット４０、磁性ユニット４４及び導電コイル２４とを備える。
第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２とはダイヤモンド、石墨またはセラミックスなどの耐磨耗材料から構成される。第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２とは陥凹溝２２３、陥凹溝３２２とを別々に有し、第一誘導ユニット２２は調整ユニット２２１と結合するように固定ユニット２２２の嵌合溝２３内に装着され、第二誘導ユニット３２は第一誘導ユニット２２の位置に対応するように第二フレーム３０の内側に装着されるため、第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との間に間隔を置き、二つの陥凹溝２２３、陥凹溝３２２とを第一フレーム２０、第二フレーム３０内に装着する。第一フレーム２０の調整ユニット２２１を固定ユニット２２２に対し移動させる際、調整ユニット２２１は固定ユニット２２２の嵌合溝２３内において、第一誘導ユニット２２を移動させることにより第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との間の距離を変えることが可能である。

回転軸４２は第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との間に配置され、かつ回転軸４２の両端は別々に第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との陥凹溝２２３、陥凹溝３２２とに面する。
作動ユニット４０は円形の基部４１を有し、基部４１は若干の放熱用の穿孔４７を有する。また基部４１は辺縁に側壁４５を有し、回転軸４２は基部４１の中央を垂直に貫通し、回転軸４２の一端を基板４１の一つの側面から突出させ、他端を側壁４５の内部へ延伸する。側壁４５は外周面に若干のはね４６を有し、はね４６は側壁４５から外向きに放射状に延伸される。

磁性ユニット４４は磁石リングである。かつ磁性ユニット４４は側壁４５の内周面に配置されるため、磁性ユニット４４は作動ユニット４０と回転軸４２とともに作動することが可能である。
導電コイル２４は環状の回路板２５を有する。コイル２４と回路板２５とは第一フレーム２０の中心部２１に被さるため、コイル２４は同軸上で回転軸４２の外囲に配置され、かつ磁性ユニット４４と回転軸４２との間に位置付けられ、磁性ユニット４４の磁場の中心線はコイル２４で生じた磁場の中心線と一致する。

上述の構造において、ファン１０が作動していない場合、作動ユニット４０は磁性ユニット４４の磁力作用により磁気浮上状態を呈し、回転軸４２の両端は第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２とに接触していない。またコイル２４に通電すると磁性ユニット４４と互いに励磁し、感応電位が生じることにより磁性ユニット４４の角位を移動させると同時に作動ユニット４０を回転させることが可能である。作動ユニット４０が回転するとはね４６を回転させ、空気を流動させることにより導流と放熱効果とを達成することが可能である。また磁性ユニット４４の磁場の中心線は導電コイル２４の生じた磁場の中心線と一致しているため、磁性ユニット４４の回転の際にコイル２４の生じた磁力と磁性ユニット４４の磁力を安定させ、不偏移状態を維持することが可能である。

図３に示すように、回転軸４２が初期作動状態である時、磁力または別の要素により偏移が起きる場合、回転軸４２の両端は第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２との陥凹溝２２３、陥凹溝３２２とにより誘導と位置制限とを行い、回転軸４２の運転を安定した直線度に維持することが可能であるため、回転軸は確実に回転作動することが可能となる。

図７に示すように、作動ユニット４０の回転の過程において、それぞれのはね４６は空気の流動に伴い生じた反力を推進すると同時に回転軸４２の軸方向に沿い作動ユニット４０を直線に移動させる。回転軸４２の長さはＢ、反力により回転軸４２を移動させた距離はＣ、第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２との陥凹溝２２３、陥凹溝３２２との間の最大距離はＡであると定義される場合、上述の長さの相対関係はＡ＞Ｂ＋Ｃ（図５に示す通り）となる。これにより第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２との間に回転軸４２を位置させるように維持することが可能なだけでなく、回転軸４２と第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との間に余計な作用力と反力を生じることがない。またファン１０の検品の際、またはファン１０を使用した後、回転軸４２と第一誘導ユニット２２または第二誘導ユニット３２との間が互いに緊密に接触し過ぎたり、変形が起きたりするか或いは回転軸４２と第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との間の隙間が大き過ぎることが起こった場合、図７に示すように、調整ユニット２２１の固定ユニット２２２に対応する位置を調整し、調整ユニット２２１の位置の変更に伴い第一誘導ユニット２２の位置を変えることにより回転軸４２の両端と第一誘導ユニット２２と第二誘導ユニット３２との間の距離を調整する目的を達成することが可能なだけでなく、回転軸４２と第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との接触面積を変え、作動ユニット４０の回転をよりいっそうスムーズにすることが可能である。かつ回転軸４２が第一誘導ユニット２２、第二誘導ユニット３２との圧迫により湾曲変形することが起こりにくくなり、ファン１０の作動ユニット４０の回転速度が高くなる。

これにより本実施例による磁気浮上回転装置５０は、構造が簡単化されたためよりいっそう単純になり、かつ回転軸と第一誘導ユニットと第二誘導ユニットとの間の作用力が比較的小さいため摩擦力、反力摩損の機会または騒音などを減少させ、使用寿命を延長させ、機械効率を高めることが可能である。また本実施例は二つの誘導ユニットの間の距離を調整することにより磁気浮上回転装置の運転をよりいっそうスムーズにし、高回転速度を応用する場合に適用することが可能である。

図８に示すように、本実施例による磁気浮上回転装置５０をファンに応用する場合、磁気浮上回転装置５０の回転軸４２と導電コイル２４との間に磁気浮上ベアリング４３を加えることが可能である。磁気浮上ベアリング４３は内環４３１と外環４３２とを有し、内環４３１は回転軸４２に被さるように配置され、外環４３２は第一フレーム２０の中心部２１に配置され、かつ内環４３１に所定の距離を置いて被さる。また磁気浮上ベアリング４３は磁力を介して回転軸４２を軸方向のみに移動させるように限定することにより、回転軸４２の作動の際に軸方向の横揺れが生じることを防止し、回転軸４２の作動期間中の安定度を保持することが可能である。
また上述の磁気浮上回転装置の回転軸が二つの誘導ユニットの陥凹溝に面するほかに、陥凹溝は回転軸を誘導・矯正する効果を持つことが可能であり、かつ二つの誘導ユニットは回転軸に対応可能な別の形の構造を有することが可能である。

図９に示すのは、本考案の第二実施例による磁気浮上回転装置６０がファン６１に応用されている状態である。主な構造は、ほぼ第一実施例と同じである。その特徴は、それぞれの誘導ユニット６２が表面から延伸される環状壁６３を有し、環状壁６３の内部には空間を有し、回転軸６４の両端が二つの誘導ユニット６２の環状壁６３の内部に別々に位置付けられ、環状壁６３が回転軸６４の外周を囲むことである。

図１０に示すのは、本考案の第三実施例による磁気浮上回転装置６５がファン６６に応用されている状態である。その特徴はそれぞれの誘導ユニット６７が突出部６８を有し、回転軸６９の両端には陥凹部７０を別々に有し、回転軸６９が陥凹部７０を突出部６８に向ける方法により二つの誘導ユニット６７の間に配置されることである。

図１１に示すのは、本考案の第四実施例による磁気浮上回転装置７１がファン７２に応用されている状態である。その特徴は、それぞれの誘導ユニット７３の陥凹溝７４内に球体７５を有し、また回転軸７６の両端が二つの誘導ユニット７３に面するため回転軸７６を移動させると回転軸７６の端部が球体７５に突き当たり、球体７５の表面において回転することである。また図１２に示すように回転軸７６の端部に球体７５を嵌め、球体７５により回転軸７６を誘導ユニット７３の陥凹溝７４に突き当たらせることも可能である。上述の実施例の技術特徴によりそれぞれの誘導ユニットは回転軸を誘導・矯正する機能を有することが可能である。

図１３に示すのは、本考案の第五実施例による磁気浮上回転装置７８がファン７９に応用されている状態である。その特徴は第一フレーム８０が若干のフック８１を有し、磁気浮上回転装置７８の導電コイル８２が回路板８３を介してフック８１に係合されるため、第一フレーム８０に磁気浮上回転装置７８を取り付ける作業が速くなり、簡単になることである。

また磁気浮上回転装置の運転を加速し、摩擦力を減少させるために、図１４に示すのは本考案の第六実施例による磁気浮上回転装置８５がファン８６に応用されている状態である。主な構造はほぼ第一実施例と同じである。その特徴は磁気浮上回転装置８５の作動ユニット８７と回転軸８８との間に二つのベアリング８９が増設されていることである。コイル９０の磁力感応により作動ユニット８７を回転させる際、作動ユニット８７は回転軸８８を軸心にして回転することが可能であり、ベアリング８９は回転軸８８の回転速度を作動ユニット８７の回転速度以下に緩めることにより、回転軸８８と二つの誘導ユニット９１との間に生じた摩擦と作用力とを減少させ、作動ユニット８７の回転速度を上げ、使用寿命を延長することが可能である。図１５に示すように、回転軸８８は作動ユニット８７とそれぞれの誘導ユニット９１の間に若干のベアリング８９を増設することにより回転速度を加速する効果を達成することが可能である。

本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置を示す斜視図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置を示す断面図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置のうち、導電コイルと磁性ユニットとの間の相対的な作動関係を示す断面図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置の回転軸と第一誘導ユニットと第二誘導ユニットとの静止状態の相対的な関係を示す断面図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置の回転軸と第一誘導ユニットと第二誘導ユニットとの相対的な関係を示す模式図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置の回転軸の移動状態を示す模式図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置の第一誘導ユニットが第二誘導ユニットに対し移動する状態を示す模式図である。 本考案の第一実施例による磁気浮上回転装置の磁浮ベアリングが回転軸に被さっている状態を示す断面図である。 本考案の第二実施例による磁気浮上回転装置を示す断面図である。 本考案の第三実施例による磁気浮上回転装置を示す断面図である。 本考案の第四実施例による磁気浮上回転装置を示す断面図である。 本考案の第四実施例による磁気浮上回転装置の玉が回転軸の端部に嵌っている状態を示す断面図である。 本考案の第五実施例による磁気浮上回転装置を示す断面図である。 本考案の第六実施例による磁気浮上回転装置を示す断面図である。 本考案の第六実施例による磁気浮上回転装置のベアリングが回転軸と誘導ユニットとの間に増設されている状態を示す断面図である。 従来技術のファンを示す断面図である。

符号の説明

１０:ファン、２０：第一フレーム、２１：中心部、２２：第一誘導ユニット、２２１：調整ユニット、２２２：固定ユニット、２２３：陥凹溝、２３：嵌合溝、２４：導電ユニット、２５：回路板、２６：位置決め部、３０：第二フレーム、３２：第二誘導ユニット、３２２：陥凹溝、３４：係合部、４０：作動ユニット、４１：基部、４２：回転軸、４３：磁気浮上ベアリング、４３１：内環、４３２：外環、４４：磁性ユニット、４５：側壁、４６：はね、４７：穿孔、５０：磁気浮上回転装置、６０：磁気浮上回転装置、６１：ファン、６２：誘導ユニット、６３：環状壁、６４：回転軸、６５：磁気浮上回転ユニット、６６：ファン、６７：誘導ユニット、６８：突出部、６９：回転軸、７０：陥凹部、７１：磁気浮上回転装置、７２：ファン、７３：誘導ユニット、７４：陥凹溝、７５：球体、７６：回転軸、７８：磁気浮上回転装置、７９：ファン、８０：第一フレーム、８１：フック、８２：導電コイル、８３：回路板、８５：磁気浮上回転装置、８６：ファン、８７：作動ユニット、８８：回転軸、８９：ベアリング、９０：コイル、９１：誘導ユニット

Claims (19)

1. 互いに距離を置いて配置され、一方を他方に対して移動させることにより互いの距離を変更可能である二つの誘導ユニットと、
   二つの誘導ユニットの間に配置され、回転軸の両端が別々に二つの誘導ユニットに面する回転軸と、
   回転軸に配置される磁性ユニットと、
   同軸上で回転軸の外囲に配置され、磁力を生じて磁性ユニットに感応することにより回転軸を二つの誘導ユニットの間に浮かばせ、回転軸を中心に磁性ユニットを回転可能である導電コイルと、
   を備えることを特徴とする磁気浮上回転装置。
2. 少なくとも一つの誘導ユニットには表面から延伸される環状壁を有し、環状壁は内部に空間を有し、回転軸の一端は空間の内部に位置付けられ、環状壁は回転軸の外周を囲っていることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
3. 少なくとも一つの誘導ユニットには突出部を有し、回転軸は一端に陥凹部を有し、陥凹部は突出部に面していることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
4. 回転軸は一端に球体を有し、回転軸は球体を介して誘導ユニットに突き当たっていることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
5. 二つの誘導ユニットの間の距離は回転軸の長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
6. 回転軸と導電コイルとの間に配置される磁気浮上ベアリングを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
7. 回転軸には作動ユニットを有し、磁性ユニットは作動ユニットに配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
8. 作動ユニットには基部を有し、基部には少なくとも一つの穿孔を有し、基部は辺縁に側壁を有し、回転軸は基部を貫通し、回転軸の一端が基部の一側から突出され、他端が側壁の内部へ延伸され、磁性ユニットは側壁の内周面に配置され、側壁は外周面に若干のはねを有することを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上回転装置。
9. 作動ユニットと回転軸との間には少なくとも一つのベアリングを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
10. 磁性ユニットの磁力の中心線は導電コイルの磁力の中心線と一致するため、導電コイルに導電して生じた磁力は磁性ユニットの磁力に相互感応し、回転軸を二つの誘導ユニットの間に浮かばせることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上回転装置。
11. 第一フレームと第二フレームと、
    第一フレームと第二フレームとの間に設けられている請求項１に記載の磁気浮上回転装置と、を備え、
    第一フレームと第二フレームとに誘導ユニットが別々に配置されることを特徴とするファン。
12. 第一フレームには調整ユニットと固定ユニットとを有し、磁気浮上回転装置の一つの誘導ユニットは固定ユニットに配置され、調整ユニットは移動可能なように固定ユニットに配置され、誘導ユニットに連結可能であることを特徴とする請求項１１に記載のファン。
13. 互いに距離を置いて配置される二つの誘導ユニットと、
    二つの誘導ユニットの間に配置され、回転軸の両端が別々に二つの誘導ユニットに面している回転軸と、
    回転軸に配置される少なくとも一つのベアリングと、
    ベアリングに配置される作動ユニットと、
    作動ユニットに配置される磁性ユニットと、
    同軸上で回転軸の外囲に配置され、磁力を生じて磁性ユニットに感応することにより回転軸を二つの誘導ユニットの間に浮かばせ、回転軸を中心に作動ユニットを回転可能である導電コイルと、
    を備えることを特徴とする磁気浮上回転装置。
14. 少なくとも一つの誘導ユニットには表面から延伸される環状壁を有し、環状壁は内部に空間を有し、回転軸の一端は空間の内部に位置付けられ、環状壁は回転軸の外周を囲っていることを特徴とする請求項１３に記載の磁気浮上回転装置。
15. 少なくとも一つの誘導ユニットには突出部を有し、回転軸は一端に陥凹部を有し、陥凹部は突出部に面することを特徴とする請求項１３に記載の磁気浮上回転装置。
16. 二つの誘導ユニットの間の距離は回転軸の長さより長いことを特徴とする請求項１３に記載の磁気浮上回転装置。
17. 作動ユニットには基部を有し、基部には少なくとも一つの穿孔を有し、基部は辺縁に側壁を有し、回転軸は基部を貫通し、回転軸の一端が基部の一側から突出され、他端が側壁の内部へ延伸され、磁性ユニットは側壁の内周面に配置され、側壁は外周面に若干のはねを有していることを特徴とする請求項１３に記載の磁気浮上回転装置。
18. 磁性ユニットの磁力は導電コイルの磁力と一致し、導電コイルに導電して生じた磁力の中心線は磁性ユニットの磁力の中心線に相互感応し、回転軸を二つの誘導ユニットの間に浮かばせることを特徴とする請求項１３に記載の磁気浮上回転装置。
19. 調整ユニットと固定ユニットとを有し、一つの誘導ユニットは固定ユニットに配置され、調整ユニットは移動可能なように固定ユニットに配置され、誘導ユニットに連結可能であることを特徴とする請求項１３に記載の磁気浮上回転装置。

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