CN103428930B - 锥形转子旋转电磁加热装置 - Google Patents

Abstract

锥形转子旋转电磁加热装置，属于电机应用技术领域。本发明解决了传统电磁加热装置温度调节途径的单一性，以及外部能量较低时不能充分利用的问题。锥形转子旋转电磁加热装置的定子铁心的内部轴截面呈等腰梯形，外部为圆柱形，锥形转子铁心的外表面可加工成一定的锥度，亦可由永磁体来保证锥度。永磁体可以为表贴式结构永磁体，亦可为内置式永磁体。永磁体的充磁方向可以是切向的，亦可以是径向的。压力弹簧和可滑动压圈构成了气隙调节机构，轴与外部动力装置连接，利用锥形转子和气隙调节机构实现转子在轴向的移动，使气隙磁场具有可调性，从而完善了传统的电磁加热装置，扩展了其温度可调范围。本发明可广泛应用于供暖、洗浴等领域。

Description

锥形转子旋转电磁加热装置

技术领域

本发明属于电机应用技术领域。

背景技术

传统的旋转电磁加热装置，当结构确定时，只能通过改变外部动力的输入量来改变输出的热功率。当以风能为动力输入系统时，低速时不能对其进行充分利用。

发明内容

本发明为了解决传统电磁加热装置温度调节途径的单一性，以及外部能量较低时不能充分利用的问题，而提出了锥形转子旋转电磁加热装置。

锥形转子旋转电磁加热装置，它包括端盖、出口、定子部件、转子部件、保温层、进口、外罩、压力弹簧、圆柱滚子轴承、可滑动压圈、推力球轴承、密封罩和轴，

定子部件由定子铁心、若干导电条、若干导管、短路环和外被组成，

所述定子铁心的内部轴截面呈等腰梯形，外部为圆柱形，定子铁心内部沿轴向开有若干通孔，所述若干通孔以轴为中心沿圆周方向均匀分布，每个通孔内放置一根导电条和一根导管，短路环设置在定子铁心左右两端，所有导电条经短路环连接形成笼形导电回路，定子铁心的两端分别固定有端盖，两个端盖的中间均固定有圆柱滚子轴承，转轴通过圆柱滚子轴承与两个端盖固定连接；

外被覆盖在定子铁心外侧，所述外被与定子铁心的外壁之间形成封闭的流体媒质外通路，定子铁心轴向左右两端和内部轴截面侧设置有密封罩，且定子铁心轴向左右两端与密封罩之间留有空隙，该空隙与导管形成流体媒质内通路，定子铁心轴向左右两端的密封罩上分别开有流体进口和出口，流体媒质内通路和流体媒质外通路中均充满流体媒质，流体媒质内通路与流体媒质外通路连通，外被外部设置保温层，保温层外层由外罩屏蔽，转子部件外表面为圆台的侧壁，转子和定子之间留有均匀的气隙，转子套接在轴上，轴设置有台肩、压力弹簧、可滑动压圈和推力球轴承均套在轴上，所述压力弹簧位于台肩与可滑动压圈之间，推力球轴承位于可滑动压圈与圆柱滚子轴承之间。

本发明在传统旋转电磁加热装置的原理基础上结合了锥形电机的理论。它既能利用电磁理论和旋转电机中损耗与温升的概念，将输入的能量充分、有效地转换为热能，即将输入的能量全部作为“损耗”转化为有效热能输出。又能利用锥形转子和气隙调节机构实现转子在轴向的移动，使气隙磁场具有可调性，从而完善了传统的电磁加热装置，扩展了其温度可调范围。此外，通过转子部件与气隙调节机构相互作用，增加了低速时加热装置的气隙以减小其定位转矩，以利于低速下系统的起动，因此，该加热装置不但可以与电动机、水轮机等动力机械装置配套使用，更利于与风机配套使用，能在低转速下充分利用风能。

本发明可广泛应用于供暖、洗浴等领域，又因其锥形转子气隙可调这一独特的优点，其配套使用的动力系统很广泛。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的锥形转子旋转电磁加热装置的结构图；

图2是具体实施方式与所述的锥形转子铁芯的轴截面示意图；

图3是具体实施方式三所述的永磁体的极性分布示意图；

图4是具体实施方式四所述的锥形转子铁芯的轴截面示意图；

图5是具体实施方式五所述的永磁体的极性分布示意图；

图6是具体实施方式六所述的锥形转子铁芯的轴截面示意图；

图7是具体实施方式七所述的永磁体的充磁方向为切向充磁时极性分布示意图；

图8是具体实施方式七所述的永磁体的充磁方向为径向充磁时极性分布示意图；

图9是具体实施方式八所述的锥形转子铁芯的轴截面示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，锥形转子旋转电磁加热装置，它包括端盖1、出口2、定子部件、转子部件、保温层5、进口6、外罩7、压力弹簧8、圆柱滚子轴承9、可滑动压圈10、推力球轴承11、密封罩12和轴18，

定子部件由定子铁心3、若干导电条14、若干导管15、短路环17和外被13组成，

所述定子铁心3的内部轴截面呈等腰梯形，外部为圆柱形，定子铁心内部沿轴向开有若干通孔，所述若干通孔以轴18为中心沿圆周方向均匀分布，每个通孔内放置一根导电条14和一根导管15，短路环17设置在定子铁心3左右两端，所有导电条14经短路环17连接形成笼形导电回路，定子铁心3的两端分别固定有端盖1，两个端盖1的中间均固定有圆柱滚子轴承9，转轴18通过圆柱滚子轴承9与两个端盖1固定连接；

外被13覆盖在定子铁心3外侧，所述外被13与定子铁心3的外壁之间形成封闭的流体媒质外通路，定子铁心3轴向左右两端和内部轴截面侧设置有密封罩12，且定子铁心3轴向左右两端与密封罩12之间留有空隙，该空隙与导管15形成流体媒质内通路，定子铁心3轴向左右两端的密封罩12上分别开有流体进口6和出口2，流体媒质内通路和流体媒质外通路中均充满流体媒质，流体媒质内通路与流体媒质外通路连通，外被13外部设置保温层5，保温层5外层由外罩7屏蔽，转子部件外表面为圆台的侧壁，转子和定子之间留有均匀的气隙，转子套接在轴18上，轴18设置有台肩、压力弹簧8、可滑动压圈10和推力球轴承11均套在轴18上，所述压力弹簧8位于台肩与可滑动压圈10之间，推力球轴承11位于可滑动压圈10与圆柱滚子轴承9之间。

本实施方式在轴18上安装了压力弹簧8和可滑动压圈10构成了气隙调节机构，轴18与外部动力装置连接。

推力球轴承11安装在转子可滑动压圈10与圆柱滚子轴承9之间，所受压力通过圆柱滚子轴承9传递给端盖1，可滑动压圈10通过压力弹簧8与轴18及转子铁心作用。

本发明的工作原理为：

首先，当外部动力通过轴18带动转子部件旋转时，旋转永磁磁场通过气隙与定子部件交链，形成闭合磁回路，在定子铁心3中产生磁滞、涡流损耗，在笼型导电回路中产生感应电势生成的二次短路电流的电阻损耗等，以上损耗均变为热能由流体媒质内通路带入到流体媒质外通路带走。

其次，利用锥形转子和气隙调节机构实现转子在轴向的移动，使气隙磁场具有可调性，从而完善了传统的致热器，扩展了其温度可调范围。即利用在导电条14、短路环17内感应电流的热效应及导磁导电体中的磁滞涡流效应，将电能、风能等能源高效转换成所需要的热能。通过流体媒质内外通路，向外界提供热能。

此外，通过锥形转子与气隙调节机构相互作用，增加了低速时致热器的气隙以减小了其转矩，以利于低速下系统的起动，因此，锥形转子旋转电磁加热装置不但可以与电动机、水轮机等动力机械装置配套使用，更利于与风机配套使用，能在低转速下充分利用风能。

具体实施方式二：参见图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，

所述转子部件包括转子铁心16和极对数为p的永磁体4，其中p为4、6、8或10，

转子部件为内置式切向结构，转子铁心16为圆台结构，转子铁心16的中心设置有通孔，永磁体4切向式嵌入转子铁心16内部中，每块永磁体4沿轴向的截面为梯形，并且每块永磁体4的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

具体实施方式三：参见图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二的进一步限定，所述永磁体4为沿转子转动方向的切向充磁，并且沿转动方向相邻的两块永磁体4的充磁方向相反。

本实施方式中，永磁体4沿切向式充磁，相邻两块永磁块为切向相向同极性配置，即两相邻永磁块间导磁轭呈一种极性S或N，两相邻导磁轭呈异极性，构成p对极。

具体实施方式四：参见图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，

转子部件由转子铁心16和极对数为p的永磁体4组成，其中p为4、6、8或10，

转子部件为内置式切向结构，转子铁心16为圆台结构，转子铁心16的中心设置有通孔，永磁体4切向式嵌入转子铁心16内部中，每块永磁体4沿轴向的截面为平行四边形，并且每块永磁体4的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

本实施方式所述的永磁体4宽度在致热器轴向上实际是变化的，因为转子铁心16内圆与其他部件配合，转子铁心16内径不变，因此转子铁心16轭部厚度沿轴向是变化的，但这种变化是微小的，可近似视为无变化，其它部件的结构和工作原理与实施方式一相同。

具体实施方式五：参见图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四的进一步限定，所述永磁体4的充磁方向为径向充磁，并且相邻的两块永磁体4的充磁方向相反。

本实施方式中，永磁体4沿径向充磁，相邻两块永磁体在外圆周或内圆周为异极性配置，即两相邻永磁块在内、外圆周均呈S、N、S、N……极性分布，2p块永磁块形成p对极。

具体实施方式六：参见图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，

转子部件由转子铁心16和极对数为p的永磁体4组成，其中p为4、6、8或10，

转子部件为表贴式切向结构，转子铁心16为圆锥结构，永磁体4切向式贴在转子铁心16外表面，每块永磁体4沿轴向的截面为平行四边形，并且每块永磁体4的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

具体实施方式七：参见图7和图8说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六的进一步限定，所述永磁体4的充磁方向为切向充磁或径向充磁。

具体实施方式八：参见图9说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，

转子部件由转子铁心16和极对数为p的永磁体4组成，其中p为4、6、8或10，

转子部件为表贴式切向结构，转子铁心16为圆柱结构，永磁体4切向式贴在转子铁心16外表面，每块永磁体4沿轴向的截面为梯形，并且每块永磁体4的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式八的进一步限定，所述永磁体4的充磁方向为切向充磁或径向充磁。

具体实施方式十，本实施方式是对具体实施方式二、四、六或八的进一步限定，所述定子铁心3和转子铁心16均由块状导磁材料构成。

具体实施方式十一，本实施方式是对具体实施方式一的进一步限定，所述流体媒质为水、磁性流体或惰性气体液化流体。

Claims (10)

1.锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，它包括端盖(1)、出口(2)、定子部件、转子部件、保温层(5)、进口(6)、外罩(7)、压力弹簧(8)、圆柱滚子轴承(9)、可滑动压圈(10)、推力球轴承(11)、密封罩(12)和轴(18)，

定子部件由定子铁心(3)、若干导电条(14)、若干导管(15)、短路环(17)和外被(13)组成，

所述定子铁心(3)的内部轴截面呈等腰梯形，外部为圆柱形，定子铁心内部沿轴向开有若干通孔，所述若干通孔以轴(18)为中心沿圆周方向均匀分布，每个通孔内放置一根导电条(14)和一根导管(15)，短路环(17)设置在定子铁心(3)左右两端，所有导电条(14)经短路环(17)连接形成笼形导电回路，定子铁心(3)的两端分别固定有端盖(1)，两个端盖(1)的中间均固定有圆柱滚子轴承(9)，转轴(18)通过圆柱滚子轴承(9)与两个端盖(1)固定连接；

外被(13)覆盖在定子铁心(3)外侧，所述外被(13)与定子铁心(3)的外壁之间形成封闭的流体媒质外通路，定子铁心(3)轴向左右两端和内部轴截面侧设置有密封罩(12)，且定子铁心(3)轴向左右两端与密封罩(12)之间留有空隙，该空隙与导管(15)形成流体媒质内通路，定子铁心(3)轴向左右两端的密封罩(12)上分别开有流体进口(6)和出口(2)，流体媒质内通路和流体媒质外通路中均充满流体媒质，流体媒质内通路与流体媒质外通路连通，外被(13)外部设置保温层(5)，保温层(5)外层由外罩(7)屏蔽，转子部件外表面为圆台的侧壁，转子部件和定子部件之间留有均匀的气隙，转子部件套接在轴(18)上，台肩、压力弹簧(8)、可滑动压圈(10)和推力球轴承(11)均套在轴(18)上，所述压力弹簧(8)位于台肩与可滑动压圈(10)之间，推力球轴承(11)位于可滑动压圈(10)与圆柱滚子轴承(9)之间。

2.根据权利要求1所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述转子部件包括转子铁心(16)和极对数为p的永磁体(4)，其中p为4、6、8或10，

转子部件为内置式切向结构，转子铁心(16)为圆台结构，转子铁心(16)的中心设置有通孔，永磁体(4)切向式嵌入转子铁心(16)内部中，每块永磁体(4)沿轴向的截面为梯形，并且每块永磁体(4)的外表面距离定子部件表面的距离是均匀且相等的。

3.根据权利要求2所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述永磁体(4)为沿转子部件转动方向的切向充磁，并且沿转动方向相邻的两块永磁体(4)的充磁方向相反。

4.根据权利要求1所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述转子部件由转子铁心(16)和极对数为p的永磁体(4)组成，其中p为4、6、8或10，

转子部件为内置式切向结构，转子铁心(16)为圆台结构，转子铁心(16)的中心设置有通孔，永磁体(4)切向式嵌入转子铁心(16)内部中，每块永磁体(4)沿轴向的截面为平行四边形，并且每块永磁体(4)的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

5.根据权利要求4所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述永磁体(4)的充磁方向为径向充磁，并且相邻的两块永磁体(4)的充磁方向相反。

6.根据权利要求1所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述转子部件由转子铁心(16)和极对数为p的永磁体(4)组成，其中p为4、6、8或10，

转子部件为表贴式切向结构，转子铁心(16)为圆锥结构，永磁体(4)切向式贴在转子铁心(16)外表面，每块永磁体(4)沿轴向的截面为平行四边形，并且每块永磁体(4)的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

7.根据权利要求6所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述永磁体(4)的充磁方向为切向充磁或径向充磁。

8.根据权利要求1所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述转子部件由转子铁心(16)和极对数为p的永磁体(4)组成，其中p为4、6、8或10，

转子部件为表贴式切向结构，转子铁心(16)为圆柱结构，永磁体(4)切向式贴在转子铁心(16)外表面，每块永磁体(4)沿轴向的截面为梯形，并且每块永磁体(4)的外表面距离定子表面的距离是均匀且相等的。

9.根据权利要求8所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述永磁体(4)的充磁方向为切向充磁或径向充磁。

10.根据权利要求2、4、6或8所述的锥形转子旋转电磁加热装置，其特征在于，所述定子铁心(3)和转子铁心(16)均由块状导磁材料构成。