CN106100289A - 磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器 - Google Patents

Abstract

磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器，包括导体盘、磁体盘、永磁体、众多直角梯形状翅片和众多扇形状通风孔，通风孔周向均匀布置在磁体盘中心区域，翅片直角腰周向均匀固定在磁体盘右端面上、直角腰和磁体盘右端面半径线共线、上底和通风孔外弧所处圆周垂直相交、下底和磁体盘端面最外圆周垂直相交。翅片随磁体盘一起高速转动，翅片在快速冷却永磁体右端面的同时，驱动磁体盘端面外侧空气作同向等速旋转流动，形成圆锥体状空气旋流流动区域，使驱动磁体盘端面通风孔区域即锥顶区域呈现负压，抽吸气隙空间大量热风，进而快速冷却永磁体左端面。5000kW以内风冷型永磁耦合器可使用发明。发明结构简单、安装便捷，永磁体温度始终低于80℃。

Description

磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器

技术领域

本发明涉及一种力无接触传送、传动轴耦合驱动及转速调节领域，具体说涉及一种大功率高转速电机系统调速节能的磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器。

背景技术

永磁调速器替代阀门挡风板控制流量，节电效益显著。目前永磁调速器普遍存在缺陷：冷却散热设计不先进，排热能力不强，永磁体温度逐渐升高，磁涡流效应逐渐减弱，导致强负荷条件下无法长期稳定运行。永磁体无积热且维持始终低于80℃状态，是永磁耦合调速技术得以推广应用的关键。

风冷却方式是一种典型的永磁体冷却方式，在磁转盘背面或外表面固定外散热片，扩大散热面积以强化自然冷却散热能力，在功率较大时难以满足冷却需求。CN1140042C公开一种可调节磁耦合器，耦合器没有散热设计，存在永磁体消磁退磁隐患，现场应用耦合器最大功率受到限制。CN101951116A公开一种永磁调速器，调速器在磁体转盘外表面和导体圆筒外表面上分别装有基于自然散热原理的散热翅片。CN203261222U公开一种筒形永磁调速器风冷结构，该结构除导体圆筒外表面均匀设置基于自然散热原理的外散热翅片外，导体圆筒端面上还开有散热孔，散热孔外侧端面设置风扇，风扇被固定在导体圆筒端面上，风扇叶片与散热孔大小相匹配，形成从导体圆筒内侧向外的轴向冷却风。将外散热片的自然冷却和散热孔-风扇强制冷却相结合，改善了导体圆筒散热效果，但风机叶片转动速度不高，由此形成的负压有限，加上导体圆筒与磁体盘之间气隙空间小，扫过导体圆筒与磁体盘之间气隙空间的冷却风流量偏小，而且冷却风流量可调控性能差，另外多出额外风扇，要额外消耗电力能源，安装难度增加，结构变复杂。

开发结构简单，成本低，能自适应增大冷却风流量，高强度冷却排热并使永磁体温度始终稳定低于80℃的新型永磁调速器，可以推动永磁调速装置技术升级进程，从而能更深程度更广范围地挖掘电机系统永磁调速节电效益。

发明内容

针对目前永磁调速器普遍存在的导体盘和磁体盘无散热装置，外装散热片实施风自然冷却散热存在的排热能力不高，或辅加风机抽吸的冷却风流量小且调控性差、结构复杂且不节能等问题，本发明旨在提供一种具有“磁体盘端面中心区域设置多个扇形通风孔且边缘区域周向均布内低外高梯形翅片”结构特征，“旋风抽吸气隙空间内高温气流，冷风对流散热速度和磁体盘转速正相关，从永磁体内外两侧同时对流散热，高强度强制排走永磁体生热”技术特征，“永磁体温度始终低于80℃，涡感应效应恒定不变且5000kW永磁调速器能长时间使用”等综合效果的磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器。

磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器，主要包括导体盘、磁体盘、众多永磁体、众多翅片和众多通风孔，通风孔呈扇形状，通风孔周向均布在磁体盘中心区域，磁体盘右端面上通风孔内弧在同一圆周上、外弧在同一圆周上、两个圆周为以磁体盘右端面中心为圆心的同心圆，通风孔宽度为0.4～0.6倍磁体盘右端面半径，翅片厚度为1mm～2mm、呈直角梯形状，翅片下底长度是上底长度的1～3倍、直角腰周向均匀固定在磁体盘右端面上、直角腰和磁体盘右端面半径线共线、上底和磁体盘右端面上的通风孔外弧所处圆周垂直相交、下底和磁体盘右端面最外圆周垂直相交，永磁体嵌入磁体盘内，永磁体左端面在磁体盘左端面上，磁体盘左端面与导体盘右端面之间存在一个气隙空间。

高电压等级、大功率、高转速电机系统中长时间力负荷无接触式传送、转速传递或扭矩传递可控调节场所，可以使用本发明。

发明节能经济性能良好，成本低、结构简单、拆装简单、高效紧凑、加工安装调试便捷，永磁体冷却效果可靠，永磁体温度始终低于80℃，5000kW以内风冷型永磁调速器能长时间稳定使用。

附图说明

图1为磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器垂直剖面图。

图2为磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器磁体盘2右视图。

图1和图2中，1为导体盘,2为磁体盘,3为永磁体,4为翅片，5为通风孔。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步的说明。

如附图1和附图2所示，磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器，主要包括导体盘1，磁体盘2，众多永磁体3，众多翅片4和众多通风孔5。永磁体3嵌入磁体盘2内。除永磁体3外，磁体盘2材料为导电性良好的非铁磁性材料钢材。导体盘1材料为导电性良好的铜材或铝材。磁体盘2左端面与导体盘1右端面之间存在一个气隙空间。磁体盘2可在轴套上加装滑动轴承和调节装置，实现导体盘1与磁体盘2之间气隙空间宽度调节，即导体盘1右端面与磁体盘2左端面之间水平方向间距调节，以改变磁力线作用面积，最终实现调速功能。

通风孔5呈扇形状，通风孔5周向均布在磁体盘2端面中心区域，数量为3～8个。磁体盘2右端面上通风孔5内弧在同一圆周上，外弧在同一圆周上，两个圆周为以磁体盘2右端面中心为圆心的同心圆。通风孔5宽度为0.4～0.6倍磁体盘2右端面半径。通风孔5设置不影响磁体盘2与风机、水泵或压缩机负载轴的连接，也不影响磁体盘2永磁体3的布置。相邻两通风孔5间壁宽度能保证磁体盘2转动所必须承受的机械强度。磁体盘2设置通风孔5,一方面可以供气隙空间内热风轴向流出气隙空间，另一方面可以有效减轻磁体盘2重量，提高扭矩传递效率，减少对轴及轴承的径向危害。

翅片4为由厚1mm～2mm薄铜片或薄铝片加工制成的散热翅片。翅片4呈直角梯形状，翅片4下底长度是上底长度的1～3倍，翅片4直角腰周向均匀固定在磁体盘2右端面上，翅片4垂直于磁体盘2右端面，向翅片4直角腰和磁体盘2右端面半径线共线，翅片4呈向外均匀辐射状固定在磁体盘2右端面上，翅片4上底和磁体盘2右端面上的通风孔5外弧所处圆周垂直相交，翅片4下底和磁体盘2右端面最外圆周垂直相交。

永磁体3呈扇形、矩形、椭圆形或圆形。磁体盘2左端面开有众多安装孔，永磁体3固定在安装孔内，嵌入磁体盘2的永磁体3左端面在磁体盘2左端面上，永磁体3周围的磁体盘2材料为钢材以封闭磁场。永磁体3嵌入磁体盘2时，按“磁体异极相邻安装”原则安装，最大限度减少永磁体3磁力线之间干扰影响。

导体盘1通过轴套轴承和电机主轴相连接，磁体盘2通过轴套轴承和风机、水泵或压缩机负载转轴相连接。磁体盘2上永磁体3分N、S极相邻排布，磁力先穿过相对应的导体盘1,当两者之间相对运动时，导体盘1分别切割磁力线，在导体盘1中产生涡电流，涡电流进而产生反感磁场，阻止两者之间的相对运动，从而实现两者之间的扭矩传递。电机主轴带动导体盘1旋转时，磁体盘2永磁体3产生的磁力线对导体盘1进行磁力线切割，在导体盘1内形成交变涡电流，从而产生对应的感应磁场，形成相互作用的磁极，从而带动磁体盘2同向转动，实现动力无接触传送、柔性启动、无级变速并能隔离振动，可重复的、可调整的、可控制的输出扭矩和转速，调速节能等目的。两者之间穿过的磁场强度越大，相对运动越快，转速差越大，传递扭矩也就越大。

翅片4既提供强化磁体盘2右端面散热的扩展散热表面，又驱动磁体盘2右断面附近区域空气高速旋转流动。翅片4厚1mm～2mm能承受驱动空气高速旋转时承受的扭矩作用而不致于受损变形。随磁体盘2一起高速旋转的翅片4在快速冷却永磁体3右端面同时，驱动磁体盘2右端面外侧空气作同向等速旋转流动，形成圆锥体状空气高速旋流流动区域，高速旋流风使得磁体盘右端面通风孔区域即锥顶区域呈现一定负压，该负压强有力地抽吸气隙空间内因吸收永磁体3全部生热而形成的大量热风，外界等量冷风从磁体盘2边缘快速流入气隙空间内，冷风快速流过气隙空间即快速冷却永磁体3左端面，使气隙空间内始终无积热，永磁体3温度始终低于80℃，保证永磁涡流感应效应始终不减弱，从而保持始终稳定不变的负载轴转速。

本发明通风孔5可以开设在导体盘1端面中心区域上。

本发明结构特征、技术特征及其有益综合效果详细描述如下：

发明结构特征是“磁体盘端面中心区域设置多个扇形通风孔且边缘区域周向均布内低外高梯形翅片”。发明磁体盘2端面中心区域被镂空成通风孔5，边缘区域设计成“永磁体3-钢板”结构，永磁体3外表面接气隙空间、钢板外表面接翅片4，翅片4为沿磁体盘2右端面半径线呈向外均匀辐射状布置的系列翅片4，翅片4内低外高。目前常规永磁调速器永磁体背面布置矩形翅片者居多,通常是盘或圆筒的一面塞进永磁体,另一面布满了矩形翅片，翅片仅仅拓展了永磁体背后钢板散热表面积，通过翅片的散热以自然对流散热途径为主，散热速度跟不上永磁体生热速度，在大功率高转速条件下避免不了永磁体升温退磁问题。CN203261222U导体圆筒外表面均匀布满了矩形翅片，翅片高速转动形成不了负压区，更谈不上驱动导体圆筒和磁体盘之间气隙空间热风顺利流出，翅片主要功能仅仅是以自然对流方式带走导体圆筒吸热。CN203261222U导体圆筒端面中心区域开设了通风孔，但通风孔口外侧正对的是辅助风机，吸引一定量的冷风扫过整个永磁调速器，可完成一定量的永磁调速器整体散热冷却任务，但风机转速恒定，在导体圆筒端面中心区域内形成的负压小，难以抽吸出气隙空间内大量热风，另外使永磁调速器结构变复杂，额外增加风机电力消耗，降低了永磁调速器节能效益。本发明磁体盘2端面中心区域镂空设计，能将翅片4驱动的旋风负压抽吸力作用到气隙空间内，进而使气隙空间内热风顺利流出。钢板导热性能良好，能将永磁体3生热快速传递到钢板外表面。辐射状布置的翅片内低外高，在磁体盘右端面附近形成圆锥状高速旋流气流，负压值最大的锥顶落在磁体盘2端面中心区域即通风孔区域，强化了气隙空间内散热，即加快永磁体3外表面对流散热速度。翅片4转动驱动的高速旋流气流也会高速扫过翅片4表面，用强制对流换热过程替代常规永磁体背面翅片自然对流换热过程，无疑提高了气壁对流换热系数，强化了翅片4散热功能。翅片4既是永磁体3背面拓展散热体，又为锥形旋风区形成提供原动力，即永磁体3外表面强制对流换热动力。翅片4提供了永磁体3生热散失的原动力。由翅片4驱动的排走永磁体3生热具有“排热过程自启动、排热速度自适应调整”两个特征。磁体盘2转动时，永磁体3开始生热即开始需要排热，此时锥形旋风区已形成并开始发挥排热功能，无需额外风机作用。此后磁体盘2转速越快，永磁体涡感应生热越多，锥形旋风旋流强度越大，和钢板连接的翅片4对流散热也越多，气隙空间热风流出带热也越多，永磁体3生热和散热达到动态平衡，永磁体3温度始终处于低于80℃温度状态。排走永磁体3全部生热相关的永磁体3、众多翅片4和众多通风孔5全部集中于磁体盘2一体，使磁体盘2为新型高度紧凑式等温永磁体盘。发明技术特征一是旋风抽吸气隙空间内高温气流；二是自启动永磁体3强制对流散热；三是永磁体3生热散失速度和磁体盘2转速正相关；四是从永磁体内外两侧同时强制对流散热；五是高强度强制排走永磁体生热。发明结构特征和技术特征直接形成的有益综合效果一是永磁体温度始终低于80℃；二是永磁涡感应强度恒定不变，扭矩及转速恒定不变；三是风冷型永磁耦合器功率上限能提高到5000kW等。

高电压等级、大功率、高转速电机系统中力负荷传递、转速传递或扭矩传递可控调节工业应用，电机系统永磁耦合调速节能新装置加工制造，风机、水泵、压缩机及电力拖动装置永磁耦合调速节能技术改造等场所，均可以使用本发明。

工业应用表明：发明结构简单、拆装简单、高效紧凑、加工安装调试便捷，排热能力强，永磁体冷却效果可靠，传递扭矩大，永磁体温度始终低于80℃，负载轴转速恒定不变，5000kW以内电机系统风冷型永磁调速器及耦合器能长期稳定使用，替代阀门挡风板调控流量装置使用时相对节电率高达45％。

Claims (1)

1.磁体盘端面旋流冷却型永磁调速器，主要包括导体盘、磁体盘、众多永磁体、众多翅片和众多通风孔，永磁体嵌入磁体盘内，永磁体左端面在磁体盘左端面上，磁体盘左端面与导体盘右端面之间存在一个气隙空间，其特征在于：通风孔呈扇形状，通风孔周向均布在磁体盘中心区域，磁体盘右端面上通风孔内弧在同一圆周上、外弧在同一圆周上、两个圆周为以磁体盘右端面中心为圆心的同心圆，通风孔宽度为0.4～0.6倍磁体盘右端面半径，翅片厚度为1mm～2mm、呈直角梯形状，翅片下底长度是上底长度的1～3倍、直角腰周向均匀固定在磁体盘右端面上、直角腰和磁体盘右端面半径线共线、上底和磁体盘右端面上的通风孔外弧所处圆周垂直相交、下底和磁体盘右端面最外圆周垂直相交。