TWI829168B - 釹鐵硼永久磁浮軸承 - Google Patents
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Abstract
一種釹鐵硼永久磁浮軸承，其外環部係由一外環套、一外環磁鐵、及一外環固定件所構成；其旋轉部係置於外環部內緣，且由一心軸套、一內環磁鐵、及一內環固定件所構成；其中，外環磁鐵與內環磁鐵係採用釹鐵硼磁鐵燒結成形，並以可編程之充磁方式編輯其磁路，由於外環磁鐵與內環磁鐵相鄰，且其斜面因具有相同磁極而產生相斥的磁力，使旋轉部懸浮於外環部內，並據以形成一磁浮軸承組件；藉此，將外環套鎖固於軸承座，並將一心軸筒夾連結一旋轉軸，穿入心軸套內再予以鎖合，使心軸筒夾定位在旋轉部內，則旋轉軸將懸浮在軸承座上並得以高速旋轉。
Description
本發明係有關一種磁浮軸承，尤指其外環磁鐵與內環磁鐵係採用釹鐵硼磁鐵燒結成形，並以可編程方式進行充磁，則磁鐵之間產生相斥磁力，並據以使旋轉軸保持懸浮無接觸狀態運轉之一種釹鐵硼永久磁浮軸承。
按，傳統的滾珠軸承其應用範圍相當地廣泛，惟在運轉中因鋼珠的滾動接觸產生摩擦，造成軸承發熱現象，此現象將使軸承本身的潤滑失效，以致減短軸承的使用壽命。由於產業界追求高速運轉的需求日增，接觸式的滾珠軸承已難以承擔其負荷，故而非接觸式的軸承乃因應而生；其中，磁浮軸承是應用磁力使旋轉軸懸浮，由於旋轉軸不再與軸承座接觸，因此磁浮軸承可解決傳統滾珠軸承其接觸摩擦與潤滑失效的問題。
次按，「電磁式磁浮軸承」是利用電力驅動線圈產生磁力而使旋轉軸懸浮；雖然磁浮軸承不會有摩擦噪音與轉軸潤滑失效的困擾，但線圈仍會發熱，以及電力一旦中斷磁浮即會失效。因此電磁式磁浮軸承需要冷卻系統以降低電磁線圈的熱量，同時為防止電力中斷，轉軸外仍需備用一滾珠軸承，方能避免轉軸損壞；因此，電磁式磁浮軸承無法做到全懸浮狀態，同時備用滾珠軸承的摩擦噪音與熱源仍然存在。
再按，先前技術中公開的永久磁鐵式磁浮軸承，雖然無須以電力控制線圈以產生磁力，也沒有電力中斷造成旋轉軸損壞的顧慮。惟查，在公開揭露的「永久磁鐵式磁浮軸承」技術中，雖然企圖以無接觸、無磨耗、無噪音、不發熱、更不須備用滾珠軸承的保護，來取代傳統的「電磁式磁浮軸承」。然因在商品化實施過程時，仍遭遇諸多困難，易造成磁力分布不均勻、不易組裝
且定位精度不足等缺失，因而降低運轉效能，以致於尚無法廣泛運用於產業，因此仍有改善空間。
因此如何應用永久磁鐵以開發出可高速運轉且方便組裝與應用的磁浮軸承，便成為本發明人積極思考所欲突破的課題。
緣是，本發明之主要目的，係在提供以釹鐵硼磁鐵燒結成形，並以可編程之方式進行充磁，使外環部與旋轉部的磁鐵產生相斥磁力，據以使旋轉軸保持懸浮無接觸狀態運轉之一種釹鐵硼永久磁浮軸承，達到可高速運轉且方便組裝與應用之功效增進。
本發明之次要目的，係在提供可調整磁鐵之斜面角度，以因應不同轉軸承載重量需求之一種釹鐵硼永久磁浮軸承。
為達上述目的，本發明之釹鐵硼永久磁浮軸承，係供鎖固於一軸承座以使一旋轉軸懸浮其中而轉動者，包括：一外環部，係由一外環套、一外環磁鐵、及一外環固定件所構成；其中，該外環套供以鎖固於該軸承座，其具有一容置空間；該外環磁鐵係嵌設於該容置空間，其具有一內側外環磁鐵與一外側外環磁鐵，且其內緣設有相互對稱之外環斜面；該外環固定件設有螺牙，係鎖合在該外環套之側端以使該外環磁鐵固設於該外環套內；一旋轉部，係由一心軸套、一內環磁鐵、及一內環固定件所構成；其中，該心軸套的內緣設有一錐面；該內環磁鐵係套設於該心軸套之外緣，其具有一內側內環磁鐵與一外側內環磁鐵，且其外緣設有相互對稱之內環斜面；該內環固定件設有螺牙，係鎖合在該心軸套之側端以使該內環磁鐵固設於該心軸套上；該旋轉部係置於該外環部內緣，令該內環斜面與該外環斜面具有相同的磁極，則該兩斜面之間將產生均勻分布且彼此相斥的磁力，並據以使該內環斜面與該外環斜面之間的間隙維持一固定值；再令該外環固定件係鎖合在該內環固定件之側端以使該旋轉部
浮動樞設於該外環部內，並據以形成一磁浮軸承組件。
承上，一心軸筒夾，具有一軸孔及一筒夾，且該筒夾外緣設有一與該心軸套相對應之錐面；以及將該磁浮軸承組件之外環套鎖固於該軸承座，再將該心軸筒夾穿入該磁浮軸承組件之心軸套內緣，並使該旋轉軸嵌入該心軸筒夾的軸孔內，鎖合該心軸筒夾與該心軸套，使該心軸筒夾定位在該旋轉部內，則該旋轉軸將懸浮在該軸承座上並得以高速旋轉。
依據前揭特徵，本發明中該外環磁鐵與該內環磁鐵係採用釹鐵硼永久磁鐵材質經一體壓製燒結成形，再經過精密研磨加工以確保定位精度，並根據磁浮須求採用可編程之充磁方式編輯磁路，以增强其磁力，及使磁力分布均勻穩定，並可進一步控制其相斥磁力的間距。
依據前揭特徵，本發明中該內環斜面與該外環斜面之間的間隙值，可依據該旋轉軸其運轉平順度的需求在0.3mm~1.0mm之間進行調整。
依據前揭特徵，本發明中該內環斜面與該外環斜面之角度值，可依據該旋轉軸其承載重量的需求在15°~45°之間進行調整，而較佳的角度值則為25°±5°。
依據前揭特徵，本發明中更包括二防塵隔片，其係組設於該外環部與該旋轉部之左右兩側接觸面，以阻絕灰塵進入該磁浮軸承組件內。
依據前揭特徵，本發明中該心軸筒夾更包括具有一法蘭，該法蘭設有複數個與該心軸套的凸緣面相對應的一螺絲孔，可藉由一螺絲予以鎖定。
藉助前揭特徵，本發明「釹鐵硼永久磁浮軸承」具有之效益為：
(1)本發明中其外環磁鐵與內環磁鐵係採用釹鐵硼磁鐵材質一體壓製燒結成形，再經過精密研磨加工以確保定位精度，並根據磁浮須求採用可編程之充磁方式編輯磁路，故而可增強吸力與斥力，且磁力分布可達均勻穩定，並可進一
步控制其相斥磁力的間距。
(2)本發明採用可調整磁鐵之斜面角度的設計，以因應不同轉軸承載重量的需求，將可擴大釹鐵硼永久磁浮軸承的應用範圍。
(3)本發明採用心軸套內緣的錐面以夾緊心軸筒夾，可確保旋轉軸無間隙密合以提高旋轉軸中心與水平定位的精度，進而避免旋轉軸偏心而降低運轉功能。
10:外環部
11:外環套
111:法蘭
112:螺絲孔
113:第一側壁面
114:第二側壁面
115:一容置空間
116:第三側壁面
117:接合孔
12:外環磁鐵
121:外環斜面
12A:內側外環磁鐵
12B:外側外環磁鐵
13:外環固定件
131:外螺牙
20:旋轉部
21:心軸套
211:第一錐面
212:接合面
213:凸緣
214:螺絲孔
22:內環磁鐵
221:內環斜面
22A:內側內環磁鐵
22B:外側內環磁鐵
23:內環固定件
231:內螺牙
30:防塵隔片
40:螺絲
50:心軸筒夾
51:法蘭
52:軸孔
53:筒夾
54:螺絲孔
55:溝槽
56:第二錐面
57:螺絲
60:磁浮軸承組件
70:旋轉軸
71:軸承座
圖1 係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之分解立體圖。
圖2 係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之分解剖視圖。
圖3 係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之部分分解立體圖。
圖4 係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之組合立體圖。
圖5 係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之組合剖視圖。
圖6 係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之外環磁鐵與內環磁鐵之結構示意圖。
圖7係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之心軸筒夾與心軸套之結構示意圖。
圖8係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之使用狀態參考圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本新型之其他優點與效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
首先，請參閱圖1~2所示，為本發明磁浮軸承組件60一較佳實施例之結構分解立體圖及剖視圖，包括：一外環部10，係由一外環套11、一外環磁鐵12、及一外環固定件13所構成；其中，該外環套11的法蘭111設有複數個螺絲孔112，可供螺絲41鎖固於外部之軸承座71(圖8有示)，且其內緣自內側至外側
依序設有一第一側壁面113、一第二側壁面114、一容置空間115與一第三側壁面116；該外環磁鐵12係嵌設於該容置空間115，其具有一內側外環磁鐵12A與一外側外環磁鐵12B，且其內緣設有相互對稱之外環斜面121；該外環固定件13設有外螺牙131，係鎖合在該外環套11側端之接合孔117，以使該外環磁鐵12固設於該外環套11內；一旋轉部20，係由一心軸套21、一內環磁鐵22、及一內環固定件23所構成；其中，該心軸套21的內緣設有一第一錐面211；該內環磁鐵22係套設於該心軸套21之外緣，其具有一內側內環磁鐵22A與一外側內環磁鐵22B，且其外緣設有相互對稱之內環斜面221；該內環固定件23設有內螺牙231，係鎖合在該心軸套21側端之接合面212，以使該內環磁鐵22固設於該心軸套21上。
本發明之旋轉部20係置於該外環部10之內緣，於組裝時先將一防塵隔片30置入外環部10並頂制其第一側壁面113，再將心軸套21置入外環部10之內緣，使其左側端面頂制該防塵隔片30後，嵌入內側外環磁鐵12A於外環套11的容置空間115內，並使其左側端面頂制在外環套11的第二側壁面114；套入內側內環磁鐵22A於該心軸套21之外緣，並使其左側端面頂制在心軸套21的凸緣213端後；再依序套入外側內環磁鐵22B及嵌入外側外環磁鐵12B，並將內環固定件23的內螺牙231鎖合在該心軸套21側端之接合面212，使該內環磁鐵22固設於該心軸套21上；之後將另一防塵隔片30套置於該內環固定件23的外緣，再將外環固定件13的外螺牙131鎖合在該外環套11側端之接合孔117內，使外環磁鐵12固設於外環套11內，則該二防塵隔片30將定位在該外環部10與該旋轉部20之左右兩側接觸面，以阻絕灰塵進入其內部；同時該外環固定件13將同步鎖合該內環固定件23之側端，以使該旋轉部20懸浮樞設於該外環部10內，並據以形成一磁浮軸承組件60。
請參閱圖6所示，係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之外環磁鐵12與內環
磁鐵22之結構示意圖；本發明之外環磁鐵12與內環磁鐵22係採用釹鐵硼永久磁鐵材質經一體壓製燒結成形，再經過精密研磨加工以確保定位精度，並根據磁浮須求採用可編程之充磁方式編輯磁路，使該內環斜面221與該外環斜面121具有相同的磁極(N級或S極不限)，則該兩斜面121/221之間將產生均勻分佈且彼此相斥的磁力，並據以使該內環斜面221與該外環斜面121之間的間隙(G)維持一固定值；其中該隙值在0.3mm~1.0mm之間，並可依據運轉平順度的需求進行調整。再者，本發明中該內環斜面221與該外環斜面121之角度值(θ)，可依據該旋轉軸70其承載重量的需求在15°~45°之間進行調整，而較佳的角度值(θ)則為25°±5°。
請進一步參閱圖3~5所示，圖式中包括一心軸筒夾50、一磁浮軸承組件60與一旋轉軸70；其中，該心軸筒夾50，具有一法蘭51、一軸孔52及一筒夾53，該法蘭51設有複數個與該心軸套21的凸緣213面相對應的螺絲孔54/214，可藉由一螺絲57予以鎖定。且該筒夾53之周緣設有複數個溝槽55，而該筒夾53外緣則設有一與該心軸套21之第一錐面211相對應之第二錐面56；本發明的應用方式，係將該磁浮軸承組件60之外環套11以螺絲40穿入螺絲孔112將其鎖固於一預定位置之軸承座71，再將該心軸筒夾50穿入該磁浮軸承組件60之心軸套21內緣，並使該旋轉軸70嵌入該心軸筒夾50的軸孔52內，以螺絲40鎖合該心軸筒夾50與該心軸套21的螺絲孔，則該心軸筒夾50將夾持該旋轉軸70，並使其定位在該旋轉部20內，則該旋轉軸70將懸浮在該軸承座71上並得以高速旋轉。
請參閱圖7所示，係本發明釹鐵硼永久磁浮軸承之心軸筒夾50與心軸套21之結構示意圖，該心軸筒夾50之筒夾53外緣與該心軸套21之第一錐面211相對應之第二錐面56，使二者形成互為推拔斜度(P)的關係，當該心軸筒夾50之筒夾53愈向內位移時，該筒夾53之溝槽55會被壓縮，導致筒夾53之內徑(D)縮小。進而緊迫該旋轉軸70使其定位在該旋轉部20內。且當鬆開該螺絲57時，該心軸
筒夾50即可軸向位移，當該筒夾53向外位移時，溝槽55會鬆開，導致筒夾53之內徑(D)變大。如此一來，即可如圖8所示，使該旋轉軸70可軸向位移，達到調整便捷與定位準確之功效增進。
藉助前揭特徵，本發明「釹鐵硼永久磁浮軸承」具有之效益需再闡明者有：
一、該外環磁鐵12與內環磁鐵22係採用釹鐵硼磁鐵材質一體壓製燒結成形，再經過精密研磨加工以確保定位精度，並根據磁浮須求採用可編程之充磁方式編輯磁路，故而可增強吸力與斥力，且磁力分布可達均勻穩定，並可進一步控制其相斥磁力的間距。
二、次者，本發明採用可調整磁鐵之斜面角度的設計，以因應不同轉軸承載重量的需求，將可擴大釹鐵硼永久磁浮軸承的應用範圍。
三、再者，本發明採用該心軸套21內緣的錐面以夾緊該心軸筒夾50，可確保該旋轉軸70無間隙密合以提高該旋轉軸70中心與水平定位的精度，進而避免旋轉軸70偏心而降低運轉功能。
綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」及「可供產業利用」等發明專利要件，祈請 鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。
惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。
10:外環部
20:旋轉部
21:心軸套
211:第一錐面
213:凸緣
214:螺絲孔
40:螺絲
50:心軸筒夾
51:法蘭
52:軸孔
53:筒夾
54:螺絲孔
55:溝槽
56:第二錐面
57:螺絲
60:磁浮軸承組件
70:旋轉軸
Claims (5)
- 一種釹鐵硼永久磁浮軸承，係供鎖固於一軸承座以使一旋轉軸懸浮其中而轉動者，包括：一外環部，係由一外環套、一外環磁鐵、及一外環固定件所構成；其中，該外環套供以鎖固於該軸承座，其具有一容置空間；該外環磁鐵係嵌設於該容置空間，其具有一內側外環磁鐵與一外側外環磁鐵，且其內緣設有相互對稱之外環斜面；該外環固定件設有螺牙，係鎖合在該外環套之側端以使該外環磁鐵固設於該外環套內；一旋轉部，係由一心軸套、一內環磁鐵、及一內環固定件所構成；其中，該心軸套的內緣設有一第一錐面；該內環磁鐵係套設於該心軸套之外緣，其具有一內側內環磁鐵與一外側內環磁鐵，且其外緣設有相互對稱之內環斜面；該內環固定件設有螺牙，係鎖合在該心軸套之側端以使該內環磁鐵固設於該心軸套上；其中，該外環磁鐵與該內環磁鐵係採用釹鐵硼永久磁鐵材質經一體壓製燒結成形，再經過精密研磨加工以確保定位精度，並根據磁浮須求採用可編程之充磁方式編輯磁路，以增强其磁力，及使磁力分布均勻穩定，並可進一步控制其相斥磁力的間距；該旋轉部係置於該外環部內緣，且令該內環斜面與該外環斜面具有相同的磁極，則該兩斜面之間將產生均勻分布且彼此相斥的磁力，並據以使該內環斜面與該外環斜面之間的間隙維持一固定值；再令該外環固定件係鎖合在該內環固定件之側端以使該旋轉部懸浮樞設於該外環部內，並據以形成一磁浮軸承組件；一心軸筒夾，具有一軸孔及一筒夾，且該筒夾外緣設有一與該心軸套之第一錐面相對應之第二錐面，使二者形成互為推拔斜度的關係；以及將該磁浮軸承組件之外環套鎖固於該軸承座，再將該心軸筒夾穿入該磁浮 軸承組件之心軸套內緣，並使該旋轉軸嵌入該心軸筒夾的軸孔內，鎖合該心軸筒夾與該心軸套，使該心軸筒夾定位在該旋轉部內，則該旋轉軸將懸浮在該軸承座上並得以高速旋轉。
- 如申請專利範圍第1項所述之釹鐵硼永久磁浮軸承，其中，該內環斜面與該外環斜面之間的間隙值，可依據該旋轉軸其運轉平順度的需求在0.3mm~1.0mm之間進行調整。
- 如申請專利範圍第1項所述之釹鐵硼永久磁浮軸承，其中，該內環斜面與該外環斜面之角度值，可依據該旋轉軸其承載重量的需求在15°~45°之間進行調整，而較佳的角度值則為25°±5°。
- 如申請專利範圍第1項所述之釹鐵硼永久磁浮軸承，其中，更包括二防塵隔片，其係組設於該外環部與該旋轉部之左右兩側接觸面，以阻絕灰塵進入該磁浮軸承組件內。
- 如申請專利範圍第1項所述之釹鐵硼永久磁浮軸承，其中，該心軸筒夾更包括具有一法蘭，該法蘭設有複數個與該心軸套的凸緣面相對應的一螺絲孔，可藉由一螺絲予以鎖定。
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