CN106640693A - 立式直联风机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立式直联风机。主要包括:轴、轴承、三维曲面叶轮、永磁转子、无铁芯定子线圈和叶轮壳;轴通过轴承安装在叶轮壳上,永磁转子、叶轮与轴固定连接;定子线圈与叶轮壳固定连接;叶轮置于叶轮壳内。定子线圈和永磁转子耦合,与永磁转子对称的定子线圈另一侧还装有导磁体;将无刷直流电机与叶轮集成为一体立式安装,使叶轮和转子重力与三维叶轮工作时产生的升力平衡、最大限度的减小轴承上的轴向力;和无刷电机驱动器配套使用,启动电流小、功率因数高,提高了电机效率。由线圈直接驱动转子,转子与叶轮不仅节约了高速联轴器,降低了成本,并提高了系统效率,重量减轻,具有部件少、体积小的优点,结构简单紧凑。

Description

立式直联风机
技术领域
本发明涉及一种风机,尤其涉及一种立式直联风机。属于空气动力学领域的一个分支——风机领域。
背景技术
目前,风机的技术现状大多数是利用电动机为原动力,带动两维叶轮将气吸入压缩在排出去的工作原理。普遍应用于通风、排烟、污水处理、物料运输、等领域。
常见的风机,主要由电动机、叶轮、风机壳体等几部分组成,是利用离心叶轮结构达到将气体增压,但目前大多数风机是低速的3000转每分钟以下,虽然在一些电动工具和吸尘器中有使用串激式电机的转速较高但干扰大、寿命短、效率低将逐步被淘汰。其中,离心式风机,主要由轴、离心式叶轮、转子、定子、轴承、机壳等零件组成。但现在的风机由于是50HZ交流电源供电,所以原动力电动机转速低,造成现有风机多在低速段工作,出现效率低、体积大、压比小的现状,对于在要求高转速、高压比、大流量、寿命长的情况下,不能满足高速稳定运转的需要,目前离心式高速涡轮制冷和机动车电助力空气增压器也是非常急需高速风机的。
发明内容
为克服现有设计的不足,本发明公开一种立式直联风机,通过将无刷直流电机与三维叶轮集成为一体,三维叶轮与电机转子直接联接并立式安装,由定子线圈直接驱动永磁转子带动三维曲面叶轮转动,旨在提供一种结构简单、高速稳定运行的风机。
本发明通过以下技术方案实现:
一种立式直联风机,包括:轴、轴承、永磁转子、定子线圈、叶轮和叶轮壳;轴通过轴承安装在叶轮壳上,永磁转子、叶轮与轴固定连接;与永磁转子对应设置的定子线圈与叶轮壳固定连接;叶轮置于叶轮壳内;所述叶轮为三维曲面叶轮,所述定子线圈为无铁芯线圈。
在上述技术方案的基础上,进一步地:
本发明中,永磁转子及对应设置的定子线圈可采用两种分布方式:
方式一:轴向式分布,永磁转子的永磁体按轴的轴向绕轴分布排列,即永磁转子呈圆筒状,与永磁转子对应的定子线圈也按轴的轴向绕轴分布排列,即定子线圈也呈相应的圆筒状。
方式二:径向式分布,永磁转子按轴的径向分布排列,即永磁转子呈盘状,与永磁转子对应的定子线圈也可按轴的径向绕轴分布排列,即定子线圈也呈相应盘状。
径向分布式结构优于轴向分布式结构,因为作用力面面积等于半径的平方乘上π,半径的增大等于增加力臂的长度,同样的消耗磁铁量输出扭矩增大。
所述永磁转子及定子线圈采用轴向式分布,即永磁转子呈圆筒状、定子线圈也呈相应的圆筒状。还设有导磁体筒;当永磁转子在定子线圈内时,导磁体筒套装于定子线圈外侧;当永磁转子在定子线圈外时,导磁体筒置于定子线圈内侧。导磁体筒随永磁转子一同转动。
永磁转子及定子线圈置于叶轮本体的空腔内,叶轮本体上设有空腔的散热通风通道。
所述永磁转子采用径向式分布,即永磁转子呈盘状,永磁转子设于定子线圈的一侧。还包括导磁体盘,导磁体盘与永磁转子对称设于定子线圈的另一侧。
在叶轮后侧安装有径向导流叶片,导流叶片通过后板与叶轮壳固定。
还包括二级叶轮,二级叶轮与轴固定连接,在叶轮和二级叶轮间设有导向器。
与轴端头对应设有限位块,限位块与叶轮壳固定连接,限位块与轴端头有间隙;在限位块与轴端头间装还可安装有限位滚珠。
通过将无刷直流电机与叶轮集成为一体,叶轮与电机转子直接联接并立式安装,使叶轮和转子重力与三维曲面叶轮工作时产生的升力平衡、最大限度的减小轴承上的轴向力;由于本风机工作在高转速,装机前都严格的做好动平衡,所以径向的不平衡力很小,这样高速风机的机械轴承工作时始终处于双向平衡状态,并且向上方向设有限位滚珠,各个方向均受力最小,基本处于自由转动状态,所以寿命更长。
由无铁芯定子线圈直接驱动永磁转子带动三维曲面叶轮转动,转速可达10000rpm至40000rpm以上。现在的机械轴承已经能够达到这一转速,所以使用机械高速轴承结构简单、价格低,直联使轴跨距短成为刚性轴运行,特别是径向式高速电机结构轴向更短、更容易实现高速稳定运行。
本发明采用了高效直流无刷无铁芯电机原理,定子线圈和永磁转子耦合,其结构构成了直流无刷无铁芯电机,通过电机驱动器给定子线圈通以电流,利用定子线圈形成的旋转磁场,进而直接驱动永磁转子带动轴和叶轮转动;和无刷电机驱动器配套使用,启动电流小、无铁损、扭矩大、功率因数高、对电网冲击小、并且提高了电机效率。由线圈直接驱动转子和叶轮不仅节约了高速联轴器,降低了成本,并提高了系统效率,重量减轻,具有部件少、体积小的优点。与此同时,在定子线圈的另一侧设有的导磁体筒或导磁体盘,使定子线圈另一侧的磁场产生回路,增加定子线圈中的磁通密度,并且导磁体与永磁转子同步转动,消除了磁力线产生的阻力扭矩,也避免了产生交变磁场,同时大大减小了高频发热,使得永磁转子能高速的旋转,叶轮采用三维曲面叶轮,较小的直径更便于高速工作,可高效地产生高压比的风,可广泛用于航空环境控制、车辆空调、矿井通风、温室降温、食品速冻、吸尘器、物料运输等领域,也可代替现有家用空调。
附图说明
图1本发明实施例1的结构剖视示意图
图2本发明实施例2的结构剖视示意图
图3本发明实施例3的结构剖视示意图
图4本发明实施例4的结构剖视示意图
图5本发明实施例5的结构剖视示意图
图6本发明实施例6的结构剖视示意图
图7本发明径向导流叶片示意图
图中标记:11-轴,12-轴承,13-径向导流叶片,14-限位块,15-限位珠,21-永磁转子,22-定子线圈,23-导磁体筒或导磁体盘31-叶轮,32-叶轮壳,33-后板,34-二级叶轮,35-导向器。
具体实施方式
下面,结合附图,对立式直联风机的具体实施方式作进一步的说明。
立式直联风机,包括:轴11、轴承12、永磁转子21、定子线圈22、叶轮和31叶轮壳32;轴通过轴承安装在叶轮壳上,永磁转子、叶轮与轴固定连接;与永磁转子对应设置的定子线圈与叶轮壳固定连接;叶轮置于叶轮壳内;所述叶轮为三维曲面叶轮,所述定子线圈为无铁芯线圈。
轴承12安装在轴11和支架之间,永磁转子21、叶轮31与轴11固定连接;与永磁转子对应设置的定子线圈22与支架固定连接;叶轮壳32和支架固定连接。用于安装上部轴承的支架设有进气通道,下部轴承安装在叶轮壳的后板33上。
现举出几种较佳的具体实施例,但本发明的实施并不限于以下实施例所列举的形式。
实施例1永磁转子轴向式分布,风机立式布置。
参见图1,永磁转子21及定子线圈22均采用轴向式分布,永磁转子的永磁体按轴的轴向绕轴分布排列,与永磁转子对应的定子线圈也按轴的轴向绕轴分布排列,即永磁转子及定子线圈均呈圆筒状;在与永磁转子对称的定子线圈的外侧设有导磁体筒23,永磁转子21、定子线圈22及导磁体筒23置于叶轮31本体的空腔内,导磁体筒23与叶轮本体固定连接,随轴转动。并且永磁转子21与导磁体筒23位置可以互换。
轴的上端头与限位块14之间设置有限位滚球15;轴下部端头设另一组限位块14和限位滚球15。
导磁体使定子线圈另一侧的磁场产生回路,增加定子线圈22中的磁通密度,并且导磁体这个回路与永磁转子同步转动,消除了磁力线产生的阻力扭矩,也消除了导磁体回路中产生交变磁场,同时大大减小了高频发热,使得永磁转子能高效高速地旋转。叶轮采用高效的三维曲面叶轮,较小的直径更便于高速工作。
实验结果表明,转速可达到35000rpm以上,风压比可达到2.5以上。
实施例2永磁转子径向式分布,本实施例立式布置。
参见图2,叶轮、轴及叶轮壳基本结构与实施例1相似,特别之处在于:永磁转子径向式分布,永磁转子按轴的径向分布排列,永磁转子呈盘状,永磁转子盘置于叶轮后。对应的定子线圈为集中绕组、也按轴的径向绕轴分布排列。此结构适合于大扭矩稍低转速的风机采用。
实验结果表明,转速可达到15000rpm以上。风压比可达到1.5以上。
实施例3
参见图3,基本结构与实施例2相似,特别之处在于:定子线圈也呈扁平的盘状,在与永磁转子对称的定子线圈的另一侧设有导磁体盘23,该导磁体盘与轴固定连接,定子线圈22介于永磁转子21与导磁体盘23之间;在叶轮后侧安装有径向导流叶片13,导流叶片通过后板33与叶轮壳固定。
通过定子线圈也呈扁平的盘状,达到增加扭矩缩小轴向距离使轴系工作在刚性状态、减小临界效应、增大扭矩的目的。
实施例4
参见图4,基本结构与实施例1相似,特别之处在于:永磁转子和定子线圈未置于叶轮本体内,而是置于轴的上端部,永磁转子21套装在定子线圈22外,导磁体筒23置于定子线圈内与轴固定连接并随轴转动;在叶轮后侧安装有径向导流叶片13,导流叶片通过后板33固定在叶轮壳上。由于是进风口,电机置于此处,有利于电机的散热,此结构更适合于大功率、大扭矩的场合。
实施例5
参见图5,在实施例1的基础上,增加了二级叶轮。
基本结构与实施例1中相似,此外,在原有叶轮31后又增加了二级叶轮34,且在叶轮31和二级叶轮34之间设有导向器35,二级叶轮与轴固定连接,导向器35通过支架与叶轮壳连接。
在同等转速的情况下,实现增压一倍的功能,提高了电机利用率,使同转速电机达到更高压比的目的。
实施例6
参见图6,在实施例3的基础上,做了结构调整
基本结构与实施例3中相似,不同之处在于,轴上的两组轴承均安装于轴的后端。轴端头不安装轴限位块14和限位滚球15。并且根据安装需要永磁转子21与导磁体盘23的位置可以互换。
此结构在小功率风机制造时易于安装调试,两个轴承在一侧安装同心度好、精度高、节约了上轴承支架。
本发明采用机械轴承、立式安装,并且将直流无刷驱动器直接安装在风机叶轮后板上,既减小了体积、又节约了驱动器的散热器、而且叶轮后板的叶轮侧安装有无铁芯定子线圈并且线圈径向外侧设有径向导流叶,在风的高速流动作用下驱动器的电子元件和定子线圈都能更好的散热,使电器元件负载能力更强,机电一体化融合结构这也是本发明在结构上的创新点。
实验结果表明,转速可达到60000rpm以上,风压比可达到3.0以上。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例,并非因此局限本发明的专利范围,故凡是运用本发明说明书内容所作的等效结构变化,均包含于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种立式直联风机,包括:轴、轴承、永磁转子、定子线圈、叶轮和叶轮壳;轴通过轴承安装在叶轮壳上,永磁转子、叶轮与轴固定连接;与永磁转子对应设置的定子线圈与叶轮壳固定连接;叶轮置于叶轮壳内;其特征在于,所述叶轮为三维曲面叶轮,所述定子线圈为无铁芯线圈。
2.根据权利要求1所述立式直联风机,其特征在于,所述永磁转子及定子线圈采用轴向式分布,即永磁转子呈圆筒状、定子线圈也呈相应的圆筒状。
3.根据权利要求2所述立式直联风机,其特征在于,还设有导磁体筒;当永磁转子在定子线圈内时,导磁体筒套装于定子线圈外侧;当永磁转子在定子线圈外时,导磁体筒置于定子线圈内侧。
4.根据权利要求2或3所述立式直联风机,其特征在于,永磁转子及定子线圈置于叶轮本体的空腔内。
5.根据权利要求1所述立式直联风机,其特征在于,所述永磁转子采用径向式分布,即永磁转子呈盘状,永磁转子设于定子线圈的一侧。
6.根据权利要求5所述立式直联风机,其特征在于,还包括导磁体盘,导磁体盘与永磁转子对称设于定子线圈的另一侧。
7.根据权利要求1、2、3、5或6所述立式直联风机,其特征在于,在叶轮后侧安装有径向导流叶片,导流叶片通过后板与叶轮壳固定。
8.根据权利要求1、2、3、5或6所述立式直联风机,其特征在于,还包括二级叶轮,二级叶轮与轴固定连接,在叶轮和二级叶轮间设有导向器。
9.根据权利要求1、2、3、5或6所述立式直联风机,其特征在于,与轴端头对应设有限位块,限位块与叶轮壳固定连接,限位块与轴端头有间隙。
10.根据权利要求9所述立式直联风机,其特征在于,在限位块与轴端头间安装有限位滚珠。
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