CN111711338A - 调速型卧式风冷永磁耦合器 - Google Patents

Abstract

本实发明涉及工业领域的永磁驱动技术，特别涉及调速型卧式风冷永磁耦合器，调速型卧式风冷永磁耦合器，包括电机轴、涡流散热装置、固定底座、永磁转子、主动导磁盘、铜导体盘、从动导磁盘、负载轴，调速器、定位块及支架、气封、气孔，其中，电机轴的轴头尾端与主动导磁盘连接，带动从动导磁盘转动，在电机轴的轴尾处垂直于电机轴固定有主动导磁盘，主动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，以电机轴为分界，对称设置有铜导体盘，永磁转子经调速器与负载轴连接，带动负载轴的转动，所述涡流散热装置右端与负载轴连接，底部与固定底座连接。本发明的优点在于散热效率高，相比油冷散热更加环保节约，调速简单。

Description

调速型卧式风冷永磁耦合器

技术领域

本发明涉及工业领域的永磁驱动技术，涉及调速型卧式风冷永磁耦合器。

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。

导体盘与磁体盘之间没有机械连接，是空气间隙；磁体盘上面安装有永磁体。电机旋转时，带动件导体盘旋转，导体盘相对于磁体运动，在导体盘内产生感应电流，进而转换成感应磁场，该感应磁场与原来永磁体产生的磁场相互作用，带动负载旋转，实现了通过空气间隙传递扭矩的作用。

磁场强度的大小与空气间隙距离有关，空气间隙越小，磁场越大，产生的扭矩越大，负载轴转速越快；空气间隙越小，磁场越小，产生的扭矩越小，负载轴转速越慢。使用调节机构改变空气间隙的大小，从而实现调速功能。

但目前市场上的永磁调速器，都需要通过控制器进行调速，调节机构复杂，重量大，负载轴难以支撑其重量，往往需要加支撑，且安装不便，占用空间大，内有多个轴承与易损耗件，维修维护个人几乎难以实现，调速需要外接执行器，手动调速困难，无法准确定位；花费巨大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：

1.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，

2.前市场上的永磁调速器，都需要通过控制器进行调速，调节机构复杂，重量大，负载轴难以支撑其重量，往往需要加支撑，且安装不便，占用空间大，内有多个轴承与易损耗件，维修维护个人几乎难以实现，调速需要外接执行器，手动调速困难，无法准确定位；花费巨大。

3.改造普通耦合器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

本发明的基本方案为：调速型卧式风冷永磁耦合器，包括电机轴、永磁转子、主动导磁盘、铜导体盘、永磁转子、从动导磁盘、负载轴，调速器、定位块及支架，散热翅片、气封、气孔、中空心短轴、中间盘及齿轮销轴组件，其中，电机轴的轴头顶端与主动导磁盘(连接，带动从动导磁盘转动，在电机轴的轴头处垂直于电机轴固定有主动导磁盘，主动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，以电机轴为分界，对称设置有铜导体盘，永磁转子经调速器与负载轴连接，带动负载轴的转动；从动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，定位块设置在主动导磁盘与从动导磁盘之间作用在于连接主动导磁盘和从动导磁盘，主动导磁盘及从动导磁盘形成中间具有中空的圆柱空间，圆柱空间中有永磁转子与永磁转子，中间盘通过齿轮销轴组件与永磁转子和永磁转子相互连接，中间盘)与负载轴通过键连接，永磁转子与永磁转子通过调速器调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘及从动导磁盘间的气隙，其特征在于，所述永磁耦合器还包括：在电机轴的背向主动导磁盘方向，具有平行于主动导磁盘的支架的顶端中心孔与电机轴的轴中心孔相通，电机轴的轴中心孔与主动导磁盘中的间隙相通，且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转子壁上的铜导体盘表面。

进一步限定，所述从动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，定位块设置在主动导磁盘与从动导磁盘之间作用在于连接主动导磁盘和从动导磁盘，主动导磁盘及从动导磁盘形成中间具有中空的圆柱空间，圆柱空间中有永磁转子，中间盘通过齿轮销轴组件与永磁转子连接，中间盘与负载轴通过键连接，永磁转子通过调速器调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘及从动导磁盘间的气隙。

在具体使用时。磁场强度的大小与空气间隙距离有关，调速器调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘及从动导磁盘间的气隙，空气间隙越小，磁场越大，产生的扭矩越大，负载轴转速越快；空气间隙越小，磁场越小，产生的扭矩越小，负载轴转速越慢。使用调节机构改变空气间隙的大小，从而实现调速功能。

进一步限定，所述负载轴上有至少3个气孔。

在具体使用时所述负载轴设置的气孔，可设置射流方向及角度，所设置的射流方向和角度可根据实验和计算进行调整。

进一步限定，所述固定底座有矩形卡位板，所述卡位板位于涡轮散热装置与主动导磁盘之间，负载轴的下方。

在具体使用时卡位板会对涡轮散热装置和主动导磁盘进行限位，加强耦合器的整体结构。

进一步限定，所述涡轮散热装置包括涡轮散热器、模芯 、散热叶片、散热外网、外网固定架，所述模芯为中空设计，述涡轮散热器右侧与所述模芯通过第一插销结构贴合连接。

在具体使用时通过简单的插销结构将涡轮散热器与耦合器连接，降低结构复杂度，使调速型卧式风冷式永磁耦合器耦合器制作更为简单，降低成本。

进一步限定，所述电机轴顶端垂直连接有固定片，所述固定片通过螺栓结构将所述支架与电机轴固定连接。

在具体使用时，所述固定片能够将风冷式永磁耦合器与固定底座贴合连接，使风冷式永磁耦合器能够水平安装在机械上。

进一步限定，所述涡轮散热器散热桨叶有7片，所述散热桨叶与负载轴连接。所述散热外网为中空环形排列，所述环形最多为6个，所述外网固定架包括第一支臂、第二支臂、第三支臂、第四支臂，所述支臂均为沿负载轴中心均匀排列，且每根支臂连接所有中空环形片，

进一步限定，所述支臂顶端均有设于与涡轮散热器连接固定的第二插销结构。

在具体使用时，所述负载轴与桨叶连接，所述负载轴转动会带动散热桨叶一起运动，，节约能源，同时加大空气流通，使散热性能大大提高。

本发明的工作原理及优点在于：

1.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。

2.维修简单无易损件，并且安全可靠寿命长。

3.自动调速简单，能够准确定位，节约成本。

4.散热效率高，相比油冷散热更加环保节约。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本调速型卧式风冷永磁耦合器立体图（状态一）；

图2为本调速型卧式风冷永磁耦合器立体图（状态二）；

图3为调速型卧式油冷永磁耦合器涡流散热装置正视图；

附图中涉及到的附图标记有：1.涡流散热装置；第一插销结构101；桨叶102；支臂103；中空环形片104；第二插销结构105；模芯106；电机轴201；永磁转子202；主动导磁盘203；铜导体盘204；从动导磁盘206；负载轴207；调速器208；定位块209；支架210；散热翅片211；气封212；气孔213；固定底座214；固定片215。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

如图1至3所示，调速型卧式风冷永磁耦合器，包括电机轴201、涡流散热装置1、固定底座214、永磁转子、主动导磁盘、铜导体盘、从动导磁盘、负载轴，调速器(208)、定位块209及支架210、气封212、气孔213，其中，电机轴201的轴头尾端与主动导磁盘连接，带动从动导磁盘转动，在电机轴201的轴尾处垂直于电机轴201固定有主动导磁盘，主动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，以电机轴201为分界，对称设置有铜导体盘，永磁转子经调速器(208)与负载轴连接，带动负载轴的转动，所述涡流散热装置1右端与负载轴连接，底部与固定底座214连接。

上述动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，定位块209设置在主动导磁盘与从动导磁盘之间作用在于连接主动导磁盘和从动导磁盘，主动导磁盘及从动导磁盘形成中间具有中空的圆柱空间，圆柱空间中有永磁转子，中间盘通过齿轮销轴组件与永磁转子连接，中间盘与负载轴通过键连接，永磁转子通过调速器(208)调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘及从动导磁盘间的气隙。所述负载轴上有至少3个气孔213。所述固定底座214有矩形卡位板，所述卡位板位于涡轮散热装置与主动导磁盘之间，负载轴的下方。所述涡轮散热装置包括涡轮散热器、模芯 、散热叶片、散热外网、外网固定架，所述模芯为中空设计，述涡轮散热器右侧与所述模芯通过第一插销结构101贴合连接。

上述电机轴201顶端垂直连接有固定片215，所述固定片215通过螺栓结构将所述支架210与电机轴201固定连接。所述涡轮散热器散热叶片有7片，所述散热叶片与负载轴连接。所述散热外网为中空环形排列，所述环形最多为6个。所述外网固定架包括第一支臂、第二支臂、第三支臂、第四支臂，所述支臂103均为沿负载轴中心均匀排列，且每根支臂103连接所有中空环形片104。支臂103顶端均有设于与涡轮散热器连接固定的第二插销结构。

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，本实发明采用风冷散热技术，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

上述电机轴201的轴头顶端与永磁转子202连接，带动永磁转子202转动，在电机轴201的轴头处垂直于电机轴201固定有主动导磁盘203，主动导磁盘203由带有中心孔的钢盘和铜导体盘204组成，其面向永磁转子202的壁上，以电机轴201为分界，对称设置有铜导体，永磁转子202经调速器208与负载轴207连接，带动负载轴207的转动，垂直于调速器208且位于调速器208与永磁转子202的连接处固定有从动导磁盘206，从动导磁盘206由带有中心孔的钢盘和铜导体盘204组成，其面向永磁转子202的壁上，对称分布有铜导体盘204，定位块209设置在主动导磁盘203与从动磁盘106之间，与主动导磁盘203及从动导磁盘206形成中间具有中空的圆柱体，圆柱体中具有永磁转子202与永磁转子 105通过中间盘115相互连接。中间盘115通过齿轮销轴组件与永磁转子202和永磁转子202相互连接，中间盘115与负载轴207通过键连接，永磁转子202与永磁转子202可以通过调速器208调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘203及从动导磁盘206间的气隙达到调速目的；

上述电机轴201的背向主动导磁盘203方向，具有平行于主动导磁盘203 的支架210，支架210的顶端中心孔与电机轴201的轴中心孔相通，电机轴201的轴中心孔与主动导磁盘203中的间隙相通，且与电机轴201的轴头顶端设置的气孔213相通，压缩的冷却空气通过支架210的顶端中心孔进入后，经电机轴201的轴中心孔，进入到主动导磁盘203中的间隙及由电机轴201 的轴头顶端设置的气孔213附着在永磁转子202壁上的铜导体盘204表面。

上述冷却空气进入到主动导磁盘203中的间隙后，通过定位块209与主动导磁盘203及从动导磁盘206所形成的间隙通道传送到从动导磁盘206中的间隙中，通过所述永磁转子202的连接处中空心短轴114的气孔213附着在在永磁转子202壁上的铜导体盘204的表面，所述支架210与电机轴201的连接处具有气封212，促使压缩的空气从支架210的顶端中心孔进入到电机轴201的轴中心孔，所述电机轴201的轴头顶端设置的气孔213，以及所述永磁转子202的连接处设置中空心短轴114的气孔213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。调速器208调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘及从动导磁盘间的气隙，空气间隙越小，磁场越大，产生的扭矩越大，负载轴转速越快；空气间隙越小，磁场越小，产生的扭矩越小，负载轴转速越慢。使用调节机构改变空气间隙的大小，从而实现调速功能。

在该装置中，所述通过支架210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201的轴中心孔后，流到主动导磁盘203中的间隙及由电机轴201的轴头顶端设置的气孔213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，及在永磁转子202壁上的铜导体盘204 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203和从动导磁盘206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203面向电机轴201方向的壁上，以电机轴201为界，对称设置有散热翅片211；在从动导磁盘206面向模芯106方向的壁上，对称设置有散热翅片211。所设置的散热翅片211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203和从动导磁盘206的温度作用，进一步起到散热作用。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.调速型卧式风冷永磁耦合器，其特征在于：包括电机轴、涡流散热装置、固定底座、永磁转子、主动导磁盘、铜导体盘、从动导磁盘、负载轴，调速器、定位块及支架、气封、气孔，其中，电机轴的轴头尾端与主动导磁盘连接，带动从动导磁盘转动，在电机轴的轴尾处垂直于电机轴固定有主动导磁盘，主动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，以电机轴为分界，对称设置有铜导体盘，永磁转子经调速器与负载轴连接，带动负载轴的转动，所述尾涡流散热装置右端与负载轴连接，底部与固定底座连接。

2.根据权利要求1所述的调速型卧式风冷永磁耦合器，其特征在于：所述从动导磁盘由带有对称冷空气通道的钢盘和铜导体盘组成，其面向永磁转子的壁上，定位块设置在主动导磁盘与从动导磁盘之间，并连接主动导磁盘和从动导磁盘，主动导磁盘及从动导磁盘形成中间具有中空的圆柱空间，圆柱空间中有永磁转子与永磁转子连接，中间盘与负载轴通过键连接，永磁转子通过调速器调节沿轴向移动来调节与主动导磁盘及从动导磁盘间的气隙。

3.根据权利要求3所述的调速型卧式风冷永磁耦合器，其特征在于：所述负载轴上有至少3个气孔。

4.根据权利要求4所述的调速型卧式风冷永磁耦合器，其特征在于：所述固定底座有矩形卡位板，所述卡位板位于涡轮散热装置与主动导磁盘之间，并位于负载轴的下方。

5.根据权利要求5所述的调速型卧式风冷永磁耦合器，其特征在于：所述涡轮散热装置包括涡轮散热器、模芯、散热叶片、散热外网、外网固定架，所述模芯为中空设计，所述涡轮散热器右侧与所述模芯通过第一插销结构贴合连接，所述涡轮散热器尾部与所述模芯连接，所诉外网固定架与散热外网固定连接，所述散热叶片位于涡流散热装置尾端，与散热外网垂直平行但不接触。

6.根据权利要求6所述的调速型卧式风冷永磁耦合器桩，其特征在于：所述电机轴顶端垂直连接有固定片，所述固定片通过螺栓结构将所述支架与电机轴固定连接。

7.根据权利要求7所述的调速型卧式风冷永磁耦合器桩，其特征在于：所述涡轮散热器设有散热叶片，所述散热叶片至少有7片，所述散热叶片与负载轴连接。

8.根据权利要求8所述的调速型卧式风冷永磁耦合器桩，其特征在于：所述散热外网为中空环形排列。

9.根据权利要求8所述的调速型卧式风冷永磁耦合器桩，其特征在于：所述外网固定架包括第一支臂、第二支臂、第三支臂、第四支臂，所述第一支臂、第二支臂、第三支臂、第四支臂均连接散热外网。

10.根据权利要求9所述的调速型卧式风冷永磁耦合器桩，其特征在于：所述外网固定架顶端均有设于与涡轮散热器连接固定的第二插销结构。

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