CN108253615B - 一种自身负载可调式磁涡流致热器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种自身负载可调式磁涡流致热器，包括：壳体、定子、端盖、支撑板、导轨、导槽，流体槽、导体槽、导体棒、短路环、永磁转子、轴、密封罩、流体进口、流体进口管道、流体出口、流体出口管道、转子铁芯、永磁体，其特点是：壳体的两端与端盖连接，端盖与支撑板连接，含有导槽的定子置在壳体内表面的导轨上，在定子径向外表层沿圆周平均设置流体槽，在定子径向内表层沿圆周设置闭口导体槽或者开口导体槽，导体槽内的实芯导体棒在定子轴向两端分别为短路环所短接，定子轴向两端的流体槽与密封罩固连，在密封罩上开有流体进口、流体出口，在定子径向内侧设置的永磁转子置于轴上，轴在端盖上。可作为供暖设备为大型建筑、单体建筑及家庭供暖。

Description

一种自身负载可调式磁涡流致热器

技术领域

本发明涉及依据电磁感应原理的磁涡流致热器，具体地说，是一种自身负载可调式磁涡流致热器，可以作为大型供暖设备，也可以作为单体建筑或者家庭供暖设备使用。

背景技术

现有的致热器是利用风能、水能或者其它能源，由原动机拖动致热器永磁转子旋转，建立旋转磁场，根据电磁感应原理，利用导磁导电材料中产生的磁滞、涡流、二次感应电流而致热。其定子结构多采用水套结构，换热流体的密封结构比较复杂，且换热流体与气隙间的距离较远，气隙的冷却方式多采用自然风冷，气隙冷却效果不佳。当原动机的输出功率改变时，致热器自身负载不能变化，原动机与致热器的匹配性能不佳，致热效率较低。

发明内容

本发明的目的是，针对现在技术上存在的不足，提供一种结构简单，能够有效降低气隙温度，可以根据原动机输出功率的变化，调节自身负载的大小，使之与原动机时刻保持最佳匹配状态，将风能、水能等动力能源高效的转换成所需要热能的自身负载可调式磁涡流致热器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自身负载可调式磁涡流致热器，它包括：壳体1、定子2、端盖4、支撑板9、流体槽3、永磁转子8、轴承10、轴11、密封罩13、流体进口15、流体进口管道16、流体出口17、流体出口管道18；壳体1的两端与端盖4通过螺栓连接，端盖4与支撑板9通过螺栓连接，在定子2径向内侧置有永磁转子8，永磁转子8通过键槽置于轴11上，轴11经轴承10固定在端盖4上，定子2轴向两端的流体槽3与密封罩13固连，在密封罩13上开有流体进口15、流体出口17，流体进口15与流体进口管道16相连，流体出口17与流体出口管道18相连；其特征在于它还包含：导轨19、导槽22，导体槽5、导体棒6、短路环7；含有导槽22的定子2置在壳体1内表面的导轨19上，在定子2径向外表层沿圆周平均设置2n个流体槽3，在定子2径向内表层沿圆周设置2k个闭口导体槽或者开口导体槽5，所述的n、k均为整数，导体槽5内设置的导体棒6为实芯导体棒，实芯导体棒在定子2轴向两端分别为短路环7所短接，构成闭合回路。

所述的永磁转子8由4p块永磁体21和转子铁芯20组成，构成p对极，其中p为整数，永磁体21为径向充磁；永磁体21置在转子铁芯20的V型槽内，在同一V型槽内两块永磁体21为同极性配置，相邻V型槽内永磁体21异极性配置；转子铁芯20由转子冲片叠加而成，转子铁芯20轴向两端装有隔磁盘，转子冲片与两端隔磁盘通过螺栓固连、且用铸铝25浇固。

所述的定子2由块状导磁导电体材料构成。

在所述的定子2径向内表层沿圆周平均设置2m个槽23，m为整数，在所述的槽23内设置中空导电导磁管24，中空导电导磁管24的两头与密封罩13相连。

在所述的定子2轴向边沿处焊接的定位螺栓14与端盖4通过螺纹连接。

本发明的一种自身负载可调式磁涡流致热器，采用可以轴向移动的定子、永磁转子、流体传热介质循环通路，可以轴向移动的定子通过导槽置在定子的导轨上，永磁转子通过键槽置在轴上，轴通过轴承固定在与壳体相连的端盖上，流体传热介质循环通路通过流体槽与定子相连；可以轴向移动的定子采用实心块状结构，在可以轴向移动的定子上设有实心导体棒并将导体棒短路；在定子内沿处设置导电导磁管道，在定子外沿处设置流体槽使流体直接与定子接触，流体在流体槽内蛇形流动，从而能够有效降低气隙温度，强化传热过程，获得较高的热功率密度，减小致热器的体积；能够调节自身负载大小，使致热器与原动机能够时刻保持最佳匹配状态，提高了能源整体利用效率。可作为供暖设备，为大型建筑、单体建筑、家庭供暖。

本发明依据的主要原理为：

法拉第电磁感应定律：

高斯磁场定律：

φ＝B·S (2)

磁感应强度计算公式：

B＝μ·H (3)

焦耳定律：

P＝σE² (4)

功率计算公式：

P＝2πN·M (5)

式(1)、(2)中E为感应电势，φ穿过导体回路磁通量，B磁感应强度，S为面积；式(3)中μ为磁导率，H磁场强度；式(4)、(5)中P为功率，σ为电导率，N为转速，M为转矩。当原动机拖动永磁转子旋转时，穿过定子内部任意磁通量都有可能发生变化，在磁通量变化过程中，产生感应电势，从而在定子内部产生热功率。在其它条件一定时，热功率与定子的磁导率以及电导率成正比，因此要想获得较高的热功率密度，需将导电体与导磁体合理的进行排布。根据式(1)、式(2)、式(4)、式(5)可得：当转速N不变时，可以通过改变在磁场中定子的面积，而改变自身负载转矩M的大小。

附图说明

图1为本发明的一种自身负载可调式磁涡流致热器结构剖视示意图；

图2为图1的Ι-Ι剖视示意图；

图3为本发明永磁转子原理结构示意图；

图4为本发明实施例1的定子结构示意图；

图5为本发明实施例2的定子结构图；

图6为本发明实施例3的定子结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细阐述本发明结构和原理。

参照图1和图2，本发明的一种自身负载可调式磁涡流致热器，包括壳体1、定子2、流体槽3、端盖4、导体槽5、导体棒6、短路环7、永磁转子8、支撑板9、轴承10、轴11、气隙12、密封罩13、定位螺栓14、流体进口15、流体进口管道16、流体出口17、流体出口管道18、导轨19、转子铁芯20、永磁体21、导槽22、槽23、导电导磁管道24、铸铝25，壳体1的两端与端盖4通过螺栓连接，端盖4与支撑板9通过螺栓连接，含有导槽22的定子2置在壳体1内表面的导轨19上，在定子2径向外表层沿圆周平均设置2n个流体槽3，在定子2径向内表层沿圆周平均设置2m个槽23，在定子2径向内表层沿圆周设置2k个闭口导体槽或者开口导体槽5，(其中m、n、k均为整数)，导体槽5内设置导体棒6为实心导体棒，实心导体棒的两端与短路环7连接，实心导体棒与短路环7构成闭合回路，在定子2轴向两端流体槽3处焊有密封罩13，在密封罩13上开有流体进口15、流体出口17，流体进口15、流体出口17分别和流体进口管道16、出口管道18相连，中空导电导磁管24设置在槽23内，中空导电导磁管24的两端分别与密封罩13相连，在定子2径向内侧装有永磁转子8，定子2与永磁转子8之间为气隙12，永磁转子8通过键槽安装在轴11上，轴11经轴承10固定在端盖4上，定位螺栓14焊接在定子2轴向边沿处并与端盖4通过螺纹连接。当外部驱动动力通过轴11带动永磁转子8旋转后，建立旋转磁场，旋转永磁体磁通铰链定子2，永磁转子8、气隙12、定子2间形成闭合磁路，利用导体棒6、短路环7内感应电流产生的热效应，以及定子2、中空导电导磁管24上感应电流、磁滞、涡流产生的热效应，将风能、水能等能源高效的转化为热能，流体槽3、密封槽13、流体进口15、流体出口17、流体进口管道16、流体出口管道18、中空导电导磁管24构成流体传热介质循环通路，在流体传热介质循环通路中填充水、油、磁性流体等流体介质，向外界输送热能，当外部驱动动力改变时，通过人工或利用PLC控制电机对定位螺栓进行旋转，改变致热器定子2的轴向位置，从而改变致热器本身负载，完成磁涡流致热器与外部动力源(风力机、水轮机等)的最佳匹配，保证致热器能够高效的利用风能、水能等能源。

实施例1：

下面结合附图详细阐述本实施例，本发明中永磁体转子8主要由永磁体21和转子铁芯20组成。图3中永磁体21为径向充磁，永磁体为4p块，在同一V型槽内两块永磁体为同极性配置，即S或N极都在V型槽内侧。相邻V型槽内永磁体异极性配置，即一个V型槽内永磁体S或N极在V型槽内侧，另一个V型槽内永磁体S或N极在V型槽外侧，4p块永磁体构成p对极，其中p为整数。永磁体21放置在转子铁芯20V型槽内，转子铁芯20由转子冲片叠加而成，转子铁芯20轴向两端装有隔磁盘，转子冲片和两端隔磁盘通过螺栓紧固，并用铸铝25浇固。图4为闭口槽结构型定子，在定子2径向外表层沿圆周平均设置2n个流体槽3，在定子2径向内表层沿圆周平均设置2m个槽23，在定子2径向内表层沿圆周设置2k个闭口导体槽5(其中m、n、k均为整数)，定子2与永磁转子8之间为气隙12，在定子2轴向两端配置密封罩13，在密封罩13上开有流体进口15、出口17，和流体进口管道16、出口管道18。流体槽3、密封罩13、流体进口15和流体出口17、流体进口管道16和出口管道18、与中空导电导磁管24构成流体传热介质循环通路。当外部驱动动力通过轴11带动永磁转子8旋转后，建立旋转磁场，永磁体磁通铰链定子2致热部件，利用导体棒6、短路环7、定子2、中空导电导磁管24上的感应电流、磁滞、涡流产生的热效应，将风能、水能等能源高效的转化为热能。在流体传热介质循环通路中填充水、油、磁性流体等流体介质，通过流体介质的循环向外界提供热能，当外部动力改变时，可通过人工或利用PLC控制电机对定位螺栓进行旋转，改变致热器定子2的轴向位置，从而改变致热器本身负载，完成磁涡流致热器与外部动力源(风力机、水轮机等)的最佳匹配。本发明定子可选用10#、20#钢等实心导电导磁材料，导体棒可选用Cu62等材料,永磁体可选用钕铁硼、铁氧体、铝镍钴等永磁材料，中空导电导磁管可选用碳钢、铜等材料。

实施例2：本实施例与实施1例转子结构相同，其区别在于：定子结构与实施例1中不同，不同点为：图5中在定子2径向内表层沿圆周方向平均设置2k个开口导体槽5，在开口导体槽5内设置实心导体棒。其他部件的结构和工作原理均与实施例1相同。

实施例3：本实施例与实施1例转子结构相同，其区别在于：定子结构与实施例1中不同，不同点为：图6中在定子2径向内表面沿圆周方向不设置槽23，因此也没有中空导电导磁管24。其他部件的结构和工作原理均与实施例1相同。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种自身负载可调式磁涡流致热器，它包括：壳体(1)、定子(2)、端盖(4)、支撑板(9)、流体槽(3)、永磁转子(8)、轴承(10)、轴(11)、密封罩(13)、流体进口(15)、流体进口管道(16)、流体出口(17)、流体出口管道(18)；壳体(1)的两端与端盖(4)通过螺栓连接，端盖(4)与支撑板(9)通过螺栓连接，在定子(2)径向内侧置有永磁转子(8)，永磁转子(8)通过键槽置于轴(11)上，轴(11)经轴承(10)固定在端盖(4)上，定子(2)轴向两端的流体槽(3)与密封罩(13)固连，在密封罩(13)上开有流体进口(15)、流体出口(17)，流体进口(15)与流体进口管道(16)相连，流体出口(17)与流体出口管道(18)相连；其特征在于，它还包含：导轨(19)、导槽(22)，导体槽(5)、导体棒(6)、短路环(7)；含有导槽(22)的定子(2)置在壳体(1)内表面的导轨(19)上，在定子(2)径向外表层沿圆周平均设置2n个流体槽(3)，在定子(2)径向内表层沿圆周设置2k个闭口导体槽或者开口导体槽(5)，所述的n、k均为整数，导体槽(5)内设置的导体棒(6)为实芯导体棒，实芯导体棒在定子(2)轴向两端分别为短路环(7)所短接，构成闭合回路，在定子(2)轴向边沿处焊接的定位螺栓(14)与端盖(4)通过螺纹连接，通过旋转定位螺栓(14)改变定子(2)的轴向位置，从而改变致热器自身负载。

2.根据权利要求1所述的一种自身负载可调式磁涡流致热器，其特征是，所述的永磁转子(8)由4p块永磁体(21)和转子铁芯(20)组成，构成p对极，其中p为整数，永磁体(21)为径向充磁；永磁体(21)置在转子铁芯(20)的V型槽内，在同一V型槽内两块永磁体(21)为同极性配置，相邻V型槽内永磁体(21)异极性配置；转子铁芯(20)由转子冲片叠加而成，转子铁芯(20)轴向两端装有隔磁盘，转子冲片与两端隔磁盘通过螺栓固连、且用铸铝(25)浇固。

3.根据权利要求1所述的一种自身负载可调式磁涡流致热器，其特征是，所述的定子(2)由块状导磁导电体材料构成。

4.根据权利要求1或3所述的一种自身负载可调式磁涡流致热器，其特征是，在所述的定子(2)径向内表层沿圆周平均设置2m个槽(23)，m为整数，在所述的槽(23)内设置中空导电导磁管(24)，中空导电导磁管(24)的两头与密封罩(13)相连。