CN109429395A - 极大负荷可调电动磁热器 - Google Patents

Abstract

极大负荷可调电动磁热器包括极大负荷可调磁力耦合制热系统、驱动电机，极大负荷可调磁力耦合制热系统由极大负荷调节系统和磁力耦合制热系统组成，极大负荷调节系统由电机、回转直线运动可逆转化部件、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成，磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子上一个装有磁块，另一个装有感应盘或感应筒，依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，使电能最终转化为热能，通过极大负荷调节系统来调节转子和定子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积从而调节极大负荷可调电动磁热器的热负荷。极大负荷可调电动磁热器分为盘式、筒式和混合式，可用于供热供暖、烧水烧饭和工业加热锅炉等。

Description

极大负荷可调电动磁热器

技术领域

加热器、灶、取暖器、供热供暖、新能源、节能减排、磁能利用、生活用品、工业锅炉。

背景技术

磁力耦合技术的发展，使能量转化变得简单而高效，极大负荷可调电动磁热器正是利用磁力耦合技术将电能最终转化为热能(电能——机械能——热能)。

本人先前曾提出永磁灶、永磁热水杯、风热器和电动磁热器等技术方案，可在中华人民共和国国家知识产权局检索，以供参考。永磁灶和永磁热水杯为人力驱动产品，风热器为风力驱动产品，电动磁热器为电机驱动产品，各有特色，用途不同。

现有加热技术常见的有明火加热、电阻制热和电磁制热，明火加热和电阻制热的制热效率很低，电磁制热的制热效率可达90％，极大负荷可调电动磁热器采用磁屏蔽，其气隙漏磁很少，基本上可忽略不计，制热效率方面，极大负荷可调电动磁热器的系统总效率取决于驱动电机的效率，其磁力耦合制热的效率近似等于1，使用高效电机驱动，则其系统总效率可高达95％，很有利用价值。

发明内容

本发明针对节能减排和清洁能源利用，提出了极大负荷可调电动磁热器的解决方案，可用于供热供暖、烧水烧饭和工业加热锅炉等。

极大负荷可调电动磁热器包括极大负荷可调磁力耦合制热系统、驱动电机，极大负荷可调磁力耦合制热系统由极大负荷调节系统和磁力耦合制热系统组成，极大负荷调节系统由电机、回转直线运动可逆转化部件、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成，磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子上一个装有磁块，另一个装有感应盘或感应筒，依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，使电能最终转化为热能，通过极大负荷调节系统来调节转子和定子之间的磁场耦合间隙或磁场耦合面积从而调节极大负荷可调电动磁热器的热负荷。传动系统中尽量不要使用齿轮传动、带链传动等变速措施，以防降低系统总效率。

根据极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面的位置不同，极大负荷可调电动磁热器可分为盘式极大负荷可调电动磁热器、筒式极大负荷可调电动磁热器和混合式极大负荷可调电动磁热器。

根据极大负荷调节系统使用的回转直线运动可逆转化部件的类型不同，极大负荷可调电动磁热器又可细分为若干种类，常见的回转直线运动可逆转化部件有沟槽凸轮组件、滚珠丝杠组件、滑动丝杠组件、行星滚柱丝杠组件等，可根据具体使用工况来选用。

磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面，磁力耦合面位于磁块固定盘组件和感应盘组件之间或磁块固定筒组件和感应筒组件之间，磁块固定盘组件或磁块固定筒组件用于产生相对旋转磁场，感应盘组件或感应筒组件用于产生感应磁场，相对旋转磁场和感应磁场相互耦合进行能量转化，极大负荷可调电动磁热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统的转子和定子中一个装有磁块固定盘组件或磁块固定筒组件，另一个装有感应盘组件或感应筒组件，转子和定子的相互作用可看作是相对旋转磁场和感应磁场的相互作用。

附图说明

图1所示为盘式极大负荷可调电动磁热器的一种结构方案，其极大负荷可调磁力耦合制热系统采用盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统，通过电机7驱动，使磁力耦合制热系统1中的转子1-2转动，致使磁力耦合制热系统1中的定子1-1发热。图1中电机3、滚珠丝杠组件2、高速回转导电接头6等组成极大负荷调节系统来实时调节磁力耦合制热系统1的热负荷。极大负荷调节系统和磁力耦合制热系统1组成极大负荷可调磁力耦合制热系统。

图2所示为盘式极大负荷可调电动磁热器的另一种结构方案，其极大负荷调节系统使用一组左右旋滚珠丝杠组件2直接调节两组磁力耦合制热系统1的热负荷。

图3所示为盘式极大负荷可调电动磁热器的一种串联结构方案，在电机3扭矩允许的情况下，其极大负荷调节系统使用一个滚珠丝杠组件2直接调节两组串联的磁力耦合制热系统1的热负荷。盘式极大负荷可调电动磁热器的串联结构方案可以根据图1、图2所示的两种基本结构方案来组合设计，以满足实际需求。

图4所示为筒式极大负荷可调电动磁热器的一种结构方案，采用筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统，图中增加了扰流风扇4，此种方案很适合用作取暖器。筒式极大负荷可调电动磁热器的各种结构方案类似于盘式极大负荷可调电动磁热器的各种结构方案，仅仅是它们的磁力耦合制热系统1的磁力耦合面设置的位置有所不同。

图5所示为极大负荷可调电动磁热器用作热水器的一种结构方案，图示方案在图1所示的结构方案的基础上增加了水箱，图中磁力耦合制热系统1的感应盘1-1与水箱的箱体同体。

图6所示为极大负荷可调电动磁热器的一种结构方案，图中将磁力耦合制热系统1中的定子1-1做成平底锅的形状，直接用于烧菜做饭。

图7所示为极大负荷可调电动磁热器的一种结构方案，图中将磁力耦合制热系统1中的定子1-1做成弧形锅的形状，直接用于烧菜做饭。

图8所示为电机3驱动一组沟槽凸轮组件2的结构示意图。极大负荷可调电动磁热器的极大负荷调节系统使用的回转直线运动可逆转化部件可以选用沟槽凸轮组件(由沟槽凸轮、滚子、滚子固定轴等关键零件组成)、滚珠丝杠组件(由螺母、钢球、丝杠等关键零件组成)、滑动丝杠组件(由螺母、丝杠组成)和行星滚柱丝杠组件(由螺母、滚柱、丝杠等关键零件组成)，每种类型的回转直线运动可逆转化部件性能各异，可灵活选用。图1-图7所示方案使用的均是滚珠丝杠组件，可直接使用其它类型的回转直线运动可逆转化部件来替代。

图9所示为磁块固定盘组件的示意图，N极和S极永磁体交替排列，磁极方向平行于轴向。磁块固定筒组件的结构类似于磁块固定盘组件，N极和S极交替排列的永磁体布置在磁块固定筒组件的圆周方向上，磁极方向垂直于轴向，也可同时在其圆周方向上和端面上同时布置N极和S极交替排列的永磁体，形成混合式极大负荷可调磁力耦合制热系统使用的磁块固定筒组件。

极大负荷可调电动磁热器的磁力耦合制热系统1使用感应盘组件或感应筒组件，感应盘组件或感应筒组件从原理上讲至少应包括感应板和屏蔽板两部分，当两部分采用相同的材料时，可直接融为一体，适当控制板的厚度即可。

图10所示为高速回转导电接头，采用模块化结构，滑环的数量根据需要确定，图中所示为三个滑环(可为六个或任意个)，连通三根导线，中间环6-3、防护层6-2、防护层6-4、防护层6-7采用电绝缘材料，6-5为电刷，6-6为滑环(镶嵌于防护层6-7内)，6-8为微调弹簧(用来平衡接触压力)，6-9为导线，6-12为轴承。图10中滑环内接电刷，外接外部电源。高速回转导电接头以电刷和滑环作为动态接触，也可以将电刷和滑环反装，由电刷内接滑环，外接外部电源。

图11、图12、图13、图14所示为电动调速专用高速回转接头，采用模块化串联结构，可串联任意通道，图11、图12中所示为三通道，其内转子由螺栓6-29联结各部分，然后和回转接头的外转子装配组成一个整体，其内转子高速转动，其外转子静止不动，以连接外部电源。两端密封环6-20、6-21可采用碳化钨、石墨等材料，中间有电线进出部分的6-5、6-7、6-8、6-24、6-25可采用电绝缘材料，6-22采用电接触材料，6-23采用电绝缘材料镶嵌电接触材料的组合结构，6-14为弹簧，用来平衡接触压力，弹簧处的导向销6-15对弹簧起导向限位作用，防止高速回转时弹簧在离心力作用下失效。电动调速专用高速回转接头可用来取代高速回转导电接头，电动调速专用高速回转接头比高速回转导电接头具有更好的防水、防尘和防爆性能，但其结构复杂，制造困难，经济性差。

图15所示为极大负荷可调电动磁热器的极大负荷调节系统使用的一种调节方案，采用电机3经齿轮传动(齿轮8、齿轮9，齿轮9与电机外壳同体)间接驱动多组沿周向均布的左右旋滑动丝杠组件2，滑动丝杠组件可以使用沟槽凸轮组件、滚珠丝杠组件或行星滚柱丝杠组件来替代。

极大负荷可调电动磁热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统可以采用两组或两组以上的磁力耦合面，即两组或两组以上的感应盘组件和磁块固定盘组件的匹配组合串联或感应筒组件和磁块固定筒组件的匹配组合串联，此种串联方案可多层同时加热。使用两组或两组以上磁力耦合面的盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统的极大负荷可调电动磁热器用来做馒头、包子最合适了，可同时均匀加热，每层可配以蒸笼。极大负荷可调电动磁热器也可以使用两组或两组以上磁力耦合面的筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统，筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统的磁力耦合面既可轴向串联又可径向串联。

极大负荷可调电动磁热器的结构形式可根据需要灵活设计。当其用作取暖器时，可增加防护罩，以防烫伤，并可增加扰流风扇来加速热交换。当其用作热水器时，可增设水箱。当其用作蒸笼时，可采用串联结构，多层同时均匀加热。极大负荷可调电动磁热器也可用于工业流程中的加热设备，直接或间接加热，服务于石油化工、金属冶炼、供热供暖等行业。总的来说，极大负荷可调电动磁热器的极大负荷可调磁力耦合制热系统可选用盘式、筒式或混合式，其结构可任意组合。

具体实施方式

极大负荷可调电动磁热器所包含的各组成零部件，现代工业制造技术均可加工制造。磁块、电机、滚珠丝杠组件、滑动丝杠组件和行星滚柱丝杠组件等均可由专业厂商配套生产，其它零部件机加工、模具成形、焊接即可。

极大负荷可调电动磁热器要想成功应用，必须具备以下两个条件：(1)功率标定——建立完备的测试台架，以完成系列化产品的标定。(2)动平衡检测——旋转部件必须达到相关标准规定的动平衡要求，以达到必要的安全可靠性。

Claims (8)

1.盘式极大负荷可调电动磁热器的技术方案——其特征是包含盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统、电机，盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统由极大负荷调节系统和盘式磁力耦合制热系统组成，极大负荷调节系统由电机、回转直线运动可逆转化部件、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成，盘式磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子上一个装有磁块，另一个装有感应盘，盘式磁力耦合制热系统的磁力耦合面垂直于转子中心传动轴，通过电机驱动盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统的转子转动，依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，致使盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统中的感应盘发热，使电能最终转化为热能，通过极大负荷调节系统来调节转子和定子之间的磁场耦合间隙从而调节盘式极大负荷可调电动磁热器的热负荷，盘式极大负荷可调磁力耦合制热系统可以采用多组极大负荷调节系统和盘式磁力耦合制热系统串联的方法，在极大负荷调节系统驱动力能够满足需求的情况下，可以使用一组极大负荷调节系统同时调节多组串联的盘式磁力耦合制热系统的磁场耦合间隙。

2.筒式极大负荷可调电动磁热器的技术方案——其特征是包含筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统、电机，筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统由极大负荷调节系统和筒式磁力耦合制热系统组成，极大负荷调节系统由电机、回转直线运动可逆转化部件、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成，筒式磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子上一个装有磁块，另一个装有感应筒，筒式磁力耦合制热系统的磁力耦合面平行于转子中心传动轴，通过电机驱动筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统的转子转动，依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，致使筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统中的感应筒发热，使电能最终转化为热能，通过极大负荷调节系统来调节转子和定子之间的磁场耦合面积从而调节筒式极大负荷可调电动磁热器的热负荷，筒式极大负荷可调磁力耦合制热系统可以采用多组极大负荷调节系统和筒式磁力耦合制热系统串联的方法，在极大负荷调节系统驱动力能够满足需求的情况下，可以使用一组极大负荷调节系统同时调节多组串联的筒式磁力耦合制热系统的磁场耦合面积。

3.混合式极大负荷可调电动磁热器的技术方案——其特征是包含混合式极大负荷可调磁力耦合制热系统、电机，混合式极大负荷可调磁力耦合制热系统由极大负荷调节系统和混合式磁力耦合制热系统组成，极大负荷调节系统由电机、回转直线运动可逆转化部件、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成，混合式磁力耦合制热系统由转子和定子组成，转子和定子上一个装有磁块，另一个装有感应筒，混合式磁力耦合制热系统同时在平行和垂直于转子中心传动轴的方向上设置磁力耦合面，通过电机驱动混合式极大负荷可调磁力耦合制热系统的转子转动，依靠转子和定子产生磁力耦合实现能量转化，致使混合式极大负荷可调磁力耦合制热系统中的感应筒发热，使电能最终转化为热能，通过极大负荷调节系统来同时调节转子和定子之间的磁场耦合面积和磁场耦合间隙从而调节混合式极大负荷可调电动磁热器的热负荷，混合式极大负荷可调磁力耦合制热系统可以采用多组极大负荷调节系统和混合式磁力耦合制热系统串联的方法，在极大负荷调节系统驱动力能够满足需求的情况下，可以使用一组极大负荷调节系统同时调节多组串联的混合式磁力耦合制热系统的磁场耦合面积和磁场耦合间隙。

4.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的任何一种子类型的极大负荷可调电动磁热器，其特征是分别使用盘式、筒式和混合式的磁力耦合制热系统，磁力耦合制热系统在工作时存在相对旋转磁场和感应磁场，相对旋转磁场由转子或定子上交替排列的N极磁块和S极磁块产生，感应磁场由定子或转子上的感应盘或感应筒中产生的感应电流产生，感应盘或感应筒采用具有优良导电性能的导体板。

5.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的任何一种子类型的极大负荷可调电动磁热器，其特征是分别使用盘式、筒式和混合式的磁力耦合制热系统，磁力耦合制热系统由转子和定子组成，磁力耦合制热系统在工作时存在相对旋转磁场和感应磁场的相互耦合作用，磁力耦合面为相对旋转磁场和感应磁场相互耦合的理论假设中性面，磁力耦合面位于磁块和感应盘之间或磁块和感应筒之间，根据磁力耦合面的位置不同，磁力耦合制热系统分为盘式、筒式和混合式三种类型，盘式磁力耦合制热系统的磁力耦合面垂直于转子中心传动轴，筒式磁力耦合制热系统的磁力耦合面平行于转子中心传动轴，混合式磁力耦合制热系统的磁力耦合面同时布置于平行和垂直于转子中心传动轴的方向上，磁力耦合制热系统可以采用一组磁力耦合面或多组磁力耦合面串联，即采用一组或多组磁块固定盘组件和感应盘组件的匹配组合或采用一组或多组磁块固定筒组件和感应筒组件的匹配组合。

6.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的任何一种子类型的极大负荷可调电动磁热器，其特征是使用极大负荷调节系统，极大负荷调节系统由电机、回转直线运动可逆转化部件、高速回转导电接头(或电动调速专用高速回转接头)等组成，由电机直接或经齿轮传动间接驱动回转直线运动可逆转化部件，带动转子沿轴向滑动，从而改变磁力耦合制热系统的热负荷，回转直线运动可逆转化部件可以根据工况采用沟槽凸轮组件、滚珠丝杠组件、滑动丝杠组件或行星滚柱丝杠组件，沟槽凸轮组件由沟槽凸轮、滚子和滚子固定轴组成，滚珠丝杠组件由螺母、钢球和丝杠等组成，滑动丝杠组件由螺母和丝杠组成，行星滚柱丝杠组件由螺母、滚柱和丝杠等组成。

7.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的任何一种子类型的极大负荷可调电动磁热器，其特征是可以使用高速回转导电接头的技术方法——以电刷和滑环作为动态接触，滑环内接电刷，外接外部电源，电刷连接电机中引出的电线，滑环镶嵌在绝缘材料内部形成静止部件，固定在支架上，也可以将电刷和滑环反装，由电刷内接滑环，外接外部电源，滑环连接电机中引出的电线。

8.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的任何一种子类型的极大负荷可调电动磁热器，其特征是可以使用电动调速专用高速回转接头的技术方法——电动调速专用高速回转接头由内转子和外转子两大部分组成，外转子静止不动，用于连接外部电源，内转子高速转动，内外转子的电流通路按电接触理论的原理。