CN107040123B - 风冷式永磁耦合器及对风冷式永磁耦合器降温的方法 - Google Patents

风冷式永磁耦合器及对风冷式永磁耦合器降温的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风冷式永磁耦合器及对风冷式永磁耦合器降温的方法，本发明实施例采用气膜技术，在风冷式永磁耦合器中的铜导体和永磁转子之间形成隔绝气膜，冷却铜导体和永磁转子的同时，隔绝铜导体和永磁转子之间的热量传递，从而提高降温的效率及程度，保证永磁耦合器的可靠运行。

Description

风冷式永磁耦合器及对风冷式永磁耦合器降温的方法
技术领域
本发明涉及工业领域的永磁驱动技术，特别涉及一种风冷式永磁耦合器及对风冷式永磁耦合器降温的方法。
背景技术
永磁驱动技术是近年来国际上开发的一项突破性新技术，是专门针对风机、泵类离心负载调速节能的适用技术。它具有高效节能、高可靠性、无刚性连接传递扭矩、可在恶劣环境下应用，极大减少整体系统振动，减少系统维护和延长系统使用寿命等特点。尤其是其不产生高次谐波且低速下不造成电机发热的优良调速特性更使其成为风机及泵类设备节能技术改造的首选。
永磁耦合器是永磁传动技术中应用与工业比较广泛的传动装置之一，永磁耦合器功率在400千瓦(KW)以下为风冷式永磁耦合器，400KW以上在其应用范围内有两种永磁耦合器：一种为水冷式永磁耦合器，另一种为油冷式永磁耦合器。
图1为现有技术提供的风冷式永磁耦合器结构示意图，如图所示，永磁耦合器在运行过程中通过铜导体切割磁感线形成与永磁转子相互作用的磁感应场来实现转动，当通过铜导体和永磁转子之间的气隙距离来调节负载轴的转速时，势必造成电机轴与负载轴转速不相同，这时，磁感应做功转化在铜导体上产生热量，而热量使得永磁转子消磁，则无法实现转动。因此，必须将铜导体的温度降低到不能使得永磁转子消磁的温度，以保证永磁耦合器的可靠运行。
目前，不同类型的永磁耦合器采用的降温方式不同，风冷式永磁耦合器结构简单，主要散热靠导磁盘外侧安装铝散热翅片，依靠转速形成涡流在离心力作用下将内部的较多热量带出，以周围的空气形成温度差就可以达到换热降温的目的，以便永磁耦合器的可靠运行；水冷式永磁耦合器结构比较复杂，对水质有一定要求，所涉及的水路设计复杂，需要有循环系统、冷却系统、外部水冷却系统控制系统及反馈系统等等，故障点多，是增加管道和喷头以水为冷却介质将导磁盘热量带走以便永磁耦合器的可靠运行；油冷式永磁耦合器结构复杂，增加油占地面积较大，包括冷却系统及反馈系统等，需要对油液品质测量，环境较差，其以油为介质将导磁片热量带走并将热油冷却后再重复使用以达到永磁耦合器的可靠运行。
可以看出，对于大功率永磁耦合器，即功率在400kw以上的水冷式永磁耦合器或油冷式永磁耦合器，降温复杂且降温的效率及程度不高，会影响水冷式永磁耦合器或油冷式永磁耦合器的可靠运行。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种风冷式永磁耦合器，该永磁耦合器能够提高降温的效率和程度，保证永磁耦合器的可靠运行。
本发明实施例还提供一种对风冷式永磁耦合器降温的方法，该方法能够提高降温的效率和程度，保证永磁耦合器的可靠运行。
根据上述目的，本发明是这样实现的：
一种风冷式永磁耦合器，包括：电机轴(101)、永磁主动转子(102)、主动导磁盘(103)、铜导体盘(104)、永磁从动转子(105)、从动导磁盘(106)、负载轴(107)，调速器(108)、定位块(109)及支架(110)，散热翅片(111)、气封(112)、轴头喷气装置(113)、中空心短轴(114)、中间盘(115)、齿轮销轴组件(116)其中，电机轴(101)的轴头顶端与主动导磁盘(103)连接，带动从动导磁盘(106)转动，在电机轴(101)的轴头处垂直于电机轴(101)固定有主动导磁盘(103)，主动导磁盘(103)由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘(104)组成，其面向永磁主动转子(102)的壁上，以电机轴(101)为分界，对称设置有铜导体盘(104)，永磁从动转子(105)经调速器(108)与负载轴(107)连接，带动负载轴(107)的转动。从动导磁盘(106)由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘(104)组成，其面向永磁从动转子(105)的壁上，定位块(109)设置在主动导磁盘(103)与从动导磁盘(106)之间作用在于连接主动导磁盘和从动导磁盘，主动导磁盘(103)及从动导磁盘(106)形成中间具有中空的圆柱空间，圆柱空间中有永磁主动转子(102)与永磁从动转子(105)，中间盘(115)通过齿轮销轴组件(116)与永磁主动转子(102)和永磁从动转子(105)相互连接，中间盘(115)与负载轴(107)通过键连接，永磁主动转子(102)与永磁从动转子(105)通过调速器(108)调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘(103)及从动导磁盘(106)间的气隙；所述永磁耦合器还包括：
在电机轴(101)的背向主动导磁盘(103)方向，具有平行于主动导磁盘103的支架(110)，支架(110)的顶端中心孔与电机轴(101)的轴中心孔相通，电机轴(101)的轴中心孔与主动导磁盘(103)中的间隙相通，且与电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔(113)相通，压缩的冷却空气通过支架(110)的顶端中心孔进入后，经电机轴(101)的轴中心孔，进入到主动导磁盘(103)中的间隙及由电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔(113)附着在永磁主动转子(102)壁上的铜导体盘(104)表面。
较佳地，所述风冷式永磁耦合器还包括：
冷却空气进入到主动导磁盘(103)中的间隙后，通过定位块(109)与主动导磁盘(103)及从动导磁盘(106)所形成的间隙通道传送到从动导磁盘(106)中的间隙中，通过永磁从动转子(105)中空心短轴(114)的连接处设置的气孔(113)附着在在永磁从动转子(105)壁上的铜导体盘(104)的表面。
较佳地，所述电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔，以及所述永磁从动转子(105)的中空心短轴(114)连接处设置的气孔可以有两个或多个，且设置有射流方向及角度。
较佳地，所述支架(109)与电机轴(101)的连接处具有气封(112)。
较佳地，在主动导磁盘(103)面向电机轴(101)方向的壁上，以电机轴(101)为界，对称设置有散热翅片(111)；
在从动导磁盘(106)面向调速器(108)方向的壁上，以调速器(108)为界，对称设置有散热翅片(111)。
一种对风冷式永磁耦合器降温的方法，包括：
设置永磁耦合器的电机轴的支架的顶端中心孔与电机轴的轴中心孔相通，设置电机轴的轴中心孔与主动导磁盘中的间隙相通，且设置与电机轴的轴头顶端设置的气孔相通；
压缩的冷却空气通过支架的顶端中心孔进入后，经电机轴的轴中心孔，进入到主动导磁盘中的间隙及由电机轴的轴头顶端设置的气孔附着在永磁主动转子壁上的铜导体表面。
较佳地，该方法还包括：冷却空气进入到主动导磁盘中的间隙后，通过定位块与主动导磁盘及从动导磁盘所形成的间隙通道传送到从动导磁盘中的间隙中，通过所述调速器及永磁从动转子的连接处设置的气孔附着在在永磁从动转子壁上的铜导体的表面。
该方法还包括：所述电机轴的轴头顶端设置的气孔，以及所述调速器及永磁从动转子的连接处设置的气孔可以有两个或多个，且设置射流方向及角度。
所述支架与电机轴的连接处设置气封，促使压缩的空气从支架的顶端中心孔进入到电机轴的轴中心孔。
在主动导磁盘面向电机轴方向的壁上，以电机轴为界，对称设置有用于在运行时降温的散热翅片；
在从动导磁盘面向调速器方向的壁上，以调速器为界，对称设置有用于在运行时降温的散热翅片。
由上述方案可以看出，本发明实施例采用气膜技术，在风冷式永磁耦合器中的铜导体和永磁转子之间形成隔绝气膜，冷却铜导体和永磁转子的同时，隔绝铜导体和永磁转子之间的热量传递，从而提高降温的效率及程度，保证永磁耦合器的可靠运行。
附图说明
图1为现有技术提供的风冷式永磁耦合器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的风冷式永磁耦合器采用气膜技术的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的风冷式永磁耦合器结构示意图；
图4为本发明实施例提供的对风冷式永磁耦合器降温的方法流程图。
附图标记
101-电机轴
102-永磁主动转子
103-主动导磁盘
104-铜导体盘
105-永磁从动转子
106-从动导磁盘
107-负载轴
108-调速器
109-定位块
110-支架
111-散热翅片
112-气封
113-气孔
114-中空心轴
115-中间盘
116-齿轮销轴组件
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
为了提高降温的效率和程度，保证永磁耦合器的可靠运行，特别是对于大功率的永磁耦合器，本发明实施例采用气膜技术，在风冷式永磁耦合器中的铜导体和永磁转子之间形成隔绝气膜，冷却铜导体和永磁转子的同时，隔绝铜导体和永磁转子之间的热量传递。
由于采用这种气膜技术的风冷式永磁耦合器可以大幅降低运行温度，所以可以增加其工作功率，比如大于400kw以上，从而替代水冷式永磁耦合器或油冷式永磁耦合器。
在这里，气膜技术的原理为：从高温环境的设备壁面上的孔向主气流引入二次气流，比如射流或采用冷却工质的二次气流，二次气流在主气流的压力和摩擦力作用下向下游流动，沿着设备壁面弯曲，附着在设备壁面的一定区域上，形成温度较低的冷气膜，将设备壁面同高温的主气流隔离，并带走部分主气流，从而对设备壁面起到良好的冷却保护作用。与发散冷却相比，气膜冷却技术所采用的喷孔比较少，喷出的用于冷却的二次气流较为集中，可以在设备壁面上维持的面积比较大。因此，在需要冷却的设备壁面的前面部分或上游部分设置喷孔即可以达到冷却的目的，而且射流方向及角度亦可根据实验及计算来进行相应调整，从而不仅仅可以达到有效冷却的目的，还可以控制喷射造成的气动损失、湍流流动和设备壁面热应力集中等。
如图2所示，图2为本发明实施例提供的风冷式永磁耦合器采用气膜技术的原理示意图，如图所示，永磁耦合器利用气膜技术，在永磁耦合器上设置喷孔，喷射用于冷却的二次气流，在永磁转子与铜导体之间形成气膜，使得永磁转子的温度不高于其消磁的温度，在隔绝永磁转子与铜导体之间的温度传递的同时，冷却了铜导体的问题，延长永磁耦合器的使用寿命，保证永磁耦合器运行的可靠性。
图3为本发明实施例提供的风冷式永磁耦合器结构示意图，如图所示，包括：电机轴101、永磁主动转子102、主动导磁盘103、铜导体盘104、永磁从动转子105、从动导磁盘106、负载轴107，调速器108、定位块109及支架110，其中，
电机轴101的轴头顶端与永磁主动转子102连接，带动永磁主动转子102转动，在电机轴101的轴头处垂直于电机轴101固定有主动导磁盘103，主动导磁盘103由带有中心孔的钢盘和铜导体盘104组成，其面向永磁主动转子102的壁上，以电机轴101为分界，对称设置有铜导体盘104，永磁从动转子105经调速器108与负载轴107连接，带动负载轴107的转动，垂直于调速器108且位于调速器108与永磁从动转子105的连接处固定有从动导磁盘106，从动导磁盘106由带有中心孔的钢盘和铜导体盘104组成，其面向永磁从动转子105的壁上，对称分布有铜导体盘104，定位块109设置在主动导磁盘103与从动导磁盘106之间，与主动导磁盘103及从动导磁盘106形成中间具有中空的圆柱体，圆柱体中具有永磁主动转子102与永磁从动转子105通过中间盘115相互连接。中间盘115通过齿轮销轴组件116与永磁主动转子102和永磁从动转子105相互连接，中间盘115与负载轴(107)通过键连接，永磁主动转子102与永磁从动转子105可以通过调速器108调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘103及从动导磁盘106间的气隙达到调速目的；
该永磁耦合器还包括：
在电机轴101的背向主动导磁盘103方向，具有平行于主动导磁盘103的支架110，支架109的顶端中心孔与电机轴101的轴中心孔相通，电机轴101的轴中心孔与主动导磁盘103中的间隙相通，且与电机轴101的轴头顶端设置的气孔113相通，压缩的冷却空气通过支架110的顶端中心孔进入后，经电机轴101的轴中心孔，进入到主动导磁盘103中的间隙及由电机轴101的轴头顶端设置的气孔113附着在永磁主动转子102壁上的铜导体盘104表面。
在该永磁耦合器中还包括：
冷却空气进入到主动导磁盘103中的间隙后，通过定位块109与主动导磁盘103及从动导磁盘106所形成的间隙通道传送到从动导磁盘106中的间隙中，通过所述永磁从动转子105的连接处中空心短轴114的气孔附着在在永磁从动转子105壁上的铜导体盘104的表面。
在该装置中，所述支架109与电机轴101的连接处具有气封112，促使压缩的空气从支架109的顶端中心孔进入到电机轴101的轴中心孔。
在该装置中，所述电机轴101的轴头顶端设置的气孔，以及所述永磁从动转子105的连接处设置中空心短轴114的气孔可以有两个或多个，且设置有射流方向及角度，所设置的射流方向和角度可根据实验和计算进行调整。
在该装置中，所述通过支架110的顶端中心孔进入的是压缩的冷却空气，所以最终可以经过电机轴101的轴中心孔后，流到主动导磁盘103中的间隙及由电机轴101的轴头顶端设置的气孔喷射出形成气膜，在从动导磁盘106的间隙中也具有冷却的空气，及在永磁从动转子105壁上的铜导体盘104的表面也形成气膜，达到隔绝热传递和散热的作用。
这样，冷却空气就可以进入永磁耦合器内部，在通过主动导磁盘103和从动导磁盘106时会带走一部分热量，也在一定程度上起到冷却导磁盘的作用。
在该装置中，在主动导磁盘103面向电机轴101方向的壁上，以电机轴101为界，对称设置有散热翅片111；在从动导磁盘106面向调速器108方向的壁上，对称设置有散热翅片111。所设置的散热翅片111在所述装置运转时形成涡流，将散热片上的热量带走从而起到分别降低主动导磁盘103和从动导磁盘106的温度作用，进一步起到散热作用。
图4为本发明实施例提供的对风冷式永磁耦合器降温的方法流程图，其具体步骤为：
步骤401、设置永磁耦合器的电机轴101的支架109的顶端中心孔与电机轴101的轴中心孔相通，设置电机轴101的轴中心孔与主动导磁盘103中的间隙相通，且设置与电机轴101的轴头顶端设置的气孔相通；
步骤402、压缩的冷却空气通过支架110的顶端中心孔进入后，经电机轴101的轴中心孔，进入到主动导磁盘103中的间隙及由电机轴101的轴头顶端设置的气孔附着在永磁主动转子102壁上的铜导体盘104表面。
该方法还包括：冷却空气进入到主动导磁盘103中的间隙后，通过定位块109与主动导磁盘103及从动导磁盘106所形成的间隙通道传送到从动导磁盘106中的间隙中，通过所述永磁从动转子105的连接处中空心短轴114设置的气孔附着在在永磁从动转子105壁上的铜导体盘104的表面。
在该方法中，所述电机轴101的轴头顶端设置的气孔，以及所述永磁从动转子105的连接处中空心短轴114设置的气孔可以有两个或多个，且设置射流方向及角度。
在该方法中，所述支架109与电机轴101的连接处具有气封112，促使压缩的空气从支架109的顶端中心孔进入到电机轴101的轴中心孔。
在该方法中，在主动导磁盘面向电机轴方向的壁上，以电机轴为界，对称设置有用于在运行时降温的散热翅片；
在从动导磁盘面向调速器方向的壁上，对称设置有用于在运行时降温的散热翅片。
本发明实施例由于对风冷式永磁耦合器进一步进行降温处理，所以适用的功率可以提高，比如400kw以上。
大功率风冷式永磁耦合器就可以通过本发明实施例提供的方式降低运行时产生的温度，并可以替代水冷式永磁耦合器及油冷式永磁耦合器的应用，具有软启动，节能降耗，保护设备安全及结构简单，体积小的特点。
本发明实施例已经在工业上实现应用，诸如在热电场的工作功率在1120kw的风机上使用，运行可靠及节能效果明显。
本发明实施例促进了大功率永磁传动装置的发展，在工业领域大型永磁传动装置采用稀油冷却润滑，油冷式永磁耦合器会增加油站与换热系统。结构复杂，耗能高，冷却装置容易造成二次污染，并且油站维护保养难度较高，渗漏现象难以清除，而采用本发明实施例提供的风冷式永磁耦合器则利用强制风进行冷却，节省能源，维修简单无易损件，并且安全可靠寿命长。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风冷式永磁耦合器，包括：电机轴(101)、永磁主动转子(102)、主动导磁盘(103)、铜导体盘(104)、永磁从动转子(105)、从动导磁盘(106)、负载轴(107)，调速器(108)、定位块(109)及支架(110)，散热翅片(111)、气封(112)、电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔(113)、中空心短轴(114)、中间盘(115)、齿轮销轴组件(116)，其中，电机轴(101)的轴头顶端与主动导磁盘(103)连接，带动从动导磁盘(106)转动，在电机轴(101)的轴头处垂直于电机轴(101)固定有主动导磁盘(103)，主动导磁盘(103)由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘(104)组成，其面向永磁主动转子(102)的壁上，以电机轴(101)为分界，对称设置有铜导体盘(104)，永磁从动转子(105)经调速器(108)与负载轴(107)连接，带动负载轴(107)的转动，从动导磁盘(106)由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘(104)组成，其面向永磁从动转子(105)的壁上，定位块(109)设置在主动导磁盘(103)与从动导磁盘(106)之间作用在于连接主动导磁盘和从动导磁盘，主动导磁盘(103)及从动导磁盘(106)形成中间具有中空的圆柱空间，圆柱空间中有永磁主动转子(102)与永磁从动转子(105)，中间盘(115)通过齿轮销轴组件(116)与永磁主动转子(102)和永磁从动转子(105)相互连接，中间盘(115)与负载轴(107)通过键连接，永磁主动转子(102)与永磁从动转子(105)通过调速器(108)调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘(103)及从动导磁盘(106)间的气隙；其特征在于，所述永磁耦合器还包括：
在电机轴(101)的背向主动导磁盘(103)方向，具有平行于主动导磁盘103的支架(110)，支架(110)的顶端中心孔与电机轴(101)的轴中心孔相通，电机轴(101)的轴中心孔与主动导磁盘(103)中的间隙相通，且与电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔(113)相通，压缩的冷却空气通过支架(110)的顶端中心孔进入后，经电机轴(101)的轴中心孔，进入到主动导磁盘(103)中的间隙及由电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔(113)附着在永磁主动转子(102)壁上的铜导体盘(104)表面；
所述风冷式永磁耦合器，还包括：
冷却空气进入到主动导磁盘(103)中的间隙后，通过定位块(109)与主动导磁盘(103)及从动导磁盘(106)所形成的间隙通道传送到从动导磁盘(106)中的间隙中，通过永磁从动转子(105)中空心短轴(114)的连接处设置的气孔(113)附着在在永磁从动转子(105)壁上的铜导体盘(104)的表面。
2.如权利要求1所述的风冷式永磁耦合器，其特征在于，所述电机轴(101)的轴头顶端设置的气孔，以及所述永磁从动转子(105)的中空心短轴(114)连接处设置的气孔有两个以上，且设置有射流方向及角度。
3.如权利要求1所述的风冷式永磁耦合器，其特征在于，所述支架(110)与电机轴(101)的连接处具有气封(112)。
4.如权利要求1所述的风冷式永磁耦合器，其特征在于，在主动导磁盘(103)面向电机轴(101)方向的壁上，以电机轴(101)为界，对称设置有散热翅片(111)；
在从动导磁盘(106)面向调速器(108)方向的壁上，以调速器(108)为界，对称设置有散热翅片(111)。
5.一种基于权利要求1所述的风冷式永磁耦合器对风冷式永磁耦合器降温的方法，其特征在于，包括：
设置永磁耦合器的电机轴的支架的顶端中心孔与电机轴的轴中心孔相通，设置电机轴的轴中心孔与主动导磁盘中的间隙相通，且设置与电机轴的轴头顶端设置的气孔相通；
压缩的冷却空气通过支架的顶端中心孔进入后，经电机轴的轴中心孔，进入到主动导磁盘中的间隙及由电机轴的轴头顶端设置的气孔附着在永磁主动转子壁上的铜导体表面；
所述方法还包括：冷却空气进入到主动导磁盘中的间隙后，通过定位块与主动导磁盘及从动导磁盘所形成的间隙通道传送到从动导磁盘中的间隙中，通过所述调速器及永磁从动转子的连接处设置的气孔附着在在永磁从动转子壁上的铜导体的表面。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：所述电机轴的轴头顶端设置的气孔，以及所述调速器及永磁从动转子的连接处设置的气孔有两个以上，且设置射流方向及角度。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述支架与电机轴的连接处设置气封，促使压缩的空气从支架的顶端中心孔进入到电机轴的轴中心孔。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在主动导磁盘面向电机轴方向的壁上，以电机轴为界，对称设置有用于在运行时降温的散热翅片；
在从动导磁盘面向调速器方向的壁上，以调速器为界，对称设置有用于在运行时降温的散热翅片。
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