CN115735321A - 经改进磁驱动 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于用主要旋转部件及辅助旋转部件以磁方式转移大扭矩的经改进液体冷却设备，如US 7294947中陈述。所述主要旋转部件具有永久磁体，所述辅助旋转部件具有导电材料。所述两个转子经封装于液密壳体围封体中且所述转子两者都经液体冷却以允许实现超过260KW的功率转移及1000ft.lb扭矩。
Description
相关申请案的交叉参考
本申请案主张来自在2020年6月23日申请的第16909989号美国申请案的优先权。
背景技术
本发明涉及对美国专利7294947及其在其它司法辖区中的相关专利中更特定陈述的现有技术的改进，其中，所述现有技术是针对利用彼此重叠的两个同轴圆筒的旋转磁扭矩转移装置，其中一个圆筒含有一(若干)排永久磁体且另一圆筒含有一(若干)圈导电材料，但问题是，所述现有技术具有最大功率转移限制，这是由于感应转子杆在大气中进行空气冷却，所述空气冷却致使感应转子杆及磁电路材料两者都达到高于特定功率转移额定点的会破坏材料的磁特性的温度。挑战是为装置开发一种将允许在所述同轴圆筒内进行直接液体注入冷却而不会增加所述装置内的磁电路磁阻或电导体短路的经修改几何布置及结构。现有技术限于小于1000KW的功率转移，否则，单元的内部操作温度会致使永久磁体的磁场失效。
期望设计一种用于在驱动应用中传输可变扭矩的液体冷却永久磁体激发机构。明确来说，需要将例如电动机或引擎的恒速装置耦合到例如泵叶轮、风扇、推进器、轮组等的高功率可变输出速度及扭矩装置。如现有专利US 7294947中陈述，此装置特定的个别导电转子杆几何形状与一起考虑的直接相对于所述转子导电杆放置的类似匹配的永久磁体类似几何形状一起创建一种扭矩转移装置，其并非传统的涡流(eddy current)装置，涡流装置在相对广泛的导电材料中产生圆形涡流。对US 7294947装置的特定窄转子导电转子杆及窄横截面永久磁体的改进在于：以维持现有技术(US 7294947)的有效磁电路的方式，设计一种方式来维持此非涡流转子杆效率，但还需开发一种方式来快速移除在所述导电杆中产生高功率转移的高热。
本发明公开且主张允许通过将液体直接注入到导电杆中来实现很大功率转移的改进，接着，所述液体直接离开且撞击于磁杆转子上，所述液体不会干扰磁场或磁电路的磁导率。
所描述设备是一种装置，其使用以最优方式布置的永久磁体及导体以在功率传输驱动中产生磁通量，以及使用直接液体注入用于冷却两个转子。所描述实施例利用机械构件来改变两个旋转组件之间的通量密度以改变由设备传输的扭矩且借此改变设备的输出速度。
发明内容
如现有技术专利US 729947中公开，本发明利用永久磁体传输两个旋转元件之间的可变或固定扭矩。前述永久磁体定位于两个旋转元件(还称为“转子”或“旋转部件”)中的仅一者上，且在特定实施例中，另一旋转元件不含有永久磁体但确实具有所谓的“导电”元件。另外，所谓的“可透磁”材料还包含于所述非永久磁体转子上，所述可透磁材料包括允许磁通量穿透的物质。前述两个旋转元件之间的扭矩借助于通过改变元件轴向重叠的程度来改变在元件之间传递的磁通量的量来进行调整。在设备的优选实施例中，两个同心圆筒，含有一或多排永久磁体的一个圆筒经轴向移动以便逐渐与含有导电元件及可透磁元件但不含永久磁体的第二圆筒元件轴向重叠。两个圆筒的此逐渐轴向重叠允许与两个同心圆筒相交的磁通量的量改变。此致使含有导电元件的圆筒中感应电流的量改变，接着，这致使感应反磁力改变。磁力且因此所传输扭矩将基于轴向重叠的量改变。
所述现有技术是仅通过在两个转子周围存在的大气空气进行空气冷却的。导电转子具有感应电流，其随着两个转子之间的相对角速度差的增加而增加；所述电流产生热，借此将单元限于转移约260KW(以1,000ft-lb的扭矩)。因此，为了转移数千千瓦的功率，设计一种液体冷却系统，其中所述冷却液体将极靠近于导电转子杆的载流/发热表面行进，且其中流动通过每一转子杆的液体的量可用每一导电转子杆冷却液体通道的端处的螺纹端塞调整。此外，为了使通过很窄间隙很靠近感应转子杆运行的磁体转子的表面冷却，当所述冷却液体到达所述流调整螺旋塞时，液体冷却剂被径向引导到磁体转子使得液体冷却剂直接撞击在磁体杆的表面上。所提出的发明克服US 7294947中公开的发明的先前限制，这是因为对装置可转移的功率量没有限制，所述功率量仅由各种材料的结构强度限制。不再存在归因于导电转子中的导电杆中产生的热的任何限制。液体冷却剂不会干扰磁场电路磁通量流，所述冷却剂也不允许导电元件中及周围的组件的内部短路。此外，感应转子旋转本身用作第二离心增压泵以帮助循环液体冷却剂。为了适当地调节适当冷却所需的液体冷却剂流的量且不准许会降低单元的净功率转移效率的额外液体冷却流，新液体冷却感应转子的新几何形状在每一导电转子杆(504)的端处具有调整螺旋塞。
所提出的发明通过在磁体材料中利用新技术来克服先前限制且提供无需大型外部电流控制件而机械改变大量所传输扭矩的稳定构件。
附图说明
图式构成本说明书的一部分且包含可以各种形式体现的本发明的示范性实施例。应理解，在一些例子中，本发明的各个方面可扩大或放大展示以促进对本发明的理解。
本文中包含的本发明的所选择的实施例的描述列举如下：
图1是本发明的优选实施例的外部的等角视图。
图2是图1的分解等角视图。
图3是本发明的优选实施例的液体冷却导电转子的分解等角视图。
图4是液体冷却导电转子的等角视图。
图5是用于冷却紧邻于图4的导电转子杆且沿着所述导电转子杆平行流动的液体流的通道的细节的等角视图。
具体实施方式
本文中提供优选实施例的详细描述。然而，应理解，本发明可以各种形式体现。因此，本文中公开的特定细节不应被解译为具限制性，而是作为权利要求书的基础且作为用于教示所属领域的技术人员以实际上任何适当的详细系统、结构或方式采用本发明的代表性基础。
参考图1到图5，展示且描述本发明的优选实施例，其应用于液体冷却高功率可变速度驱动应用。两个同轴转子[一个转子具有轴向放置的导电杆(201)且一个转子具有一个轴向放置的永久磁体杆(202)]与其相应支撑轴承筒系统[(200及203)一起在其壳体(100)外部以分解视图展示。还展示自动控制系统致动器(204)，其使两个转子中的一者相对于另一者移动以调整两个转子的轴向重叠，同时它们旋转以改变通过单元转移的扭矩及功率的量。实施例壳体(100)在组装时是完全液密的以便捕获通过直接邻近于导电转子杆(504)定位的冷却液体通道(501)泵送的冷却液体。轴承支撑筒(200及203)被油润滑且冷却，且与外部且与壳体密封使得油与转子冷却液体不会混合。使用可透磁材料的目的是在磁柱面之间提供连续磁通量路径，借此允许存在最优磁通量布置。可透磁材料无需是铁磁的。
冷却系统是由外部液体存储罐、离心循环泵、排出在磁驱动单元中吸取的热的热交换器、温度计、压力计、过滤器及互连管道组成的封闭系统。冷却液体可由蒸馏水与乙二醇化合物的混合物组成。
所述现有技术是仅通过在两个转子周围存在的大气空气进行空气冷却的。导电转子具有感应电流，其随着两个转子之间的相对角速度差的增加而增加；所述电流产生热，借此将单元限于转移约260KW(以1,000ft-lb的扭矩)。因此，为了转移数千千瓦的功率，设计一种液体冷却系统，其中所述冷却液体将极靠近于导电转子杆的载流/发热表面行进，且其中流动通过每一转子杆的液体的量可用每一导电转子杆冷却液体通道(502及503)的端处的螺纹端塞调整。此外，为了使通过很窄间隙很靠近感应转子杆运行的磁体转子的表面冷却，当所述冷却液体到达所述流调整螺旋塞(503)时，液体冷却剂被径向引导到磁体转子使得液体冷却剂直接撞击在磁体杆的表面上。所提出的发明克服US 7294947中公开的发明的先前限制，这是因为对装置可转移的功率量没有限制，所述功率量仅由各种材料的结构强度限制。不再存在归因于导电转子中的导电杆中产生的热的任何限制。液体冷却剂不会干扰磁场电路磁通量流，所述冷却剂也不允许导电元件中及周围的组件的内部短路。此外，感应转子旋转本身用作第二离心增压泵以帮助循环液体冷却剂。为了适当地调节适当冷却所需的液体冷却剂流的量且不准许会降低单元的净功率转移效率的额外液体冷却流，新液体冷却感应转子的新几何形状在每一导电转子杆(504)的端处具有调整螺旋塞(502及503)。
虽然本发明结合优选实施例进行描述，但不希望将本发明的范围限制于陈述的特定形式，正相反，希望涵盖如可包含于如由所附权利要求书定义的本发明的精神及范围内的此类替代物、修改及等效物。
Claims (2)
1.一种用于以磁方式转移扭矩的液体冷却高扭矩及高功率设备，其包括：
主要扭矩驱动旋转部件及辅助驱动旋转部件；所述主要旋转部件与所述辅助旋转部件轴向重叠；所述辅助旋转部件被所述主要部件包围；所述主要旋转部件在其上安装有永久磁体；所述辅助旋转部件具有导电元件及可透磁材料且不具有永久磁体；所述导电元件由在紧邻于且平行于导电转子的导电杆的轴向通道中流动的液体冷却剂冷却，所述冷却液体被闭环液体冷却系统递送到所述设备，所述闭环液体冷却系统具有外部存储罐、外部泵及外部热交换器以便排出在所述导电杆中产生的热，所述辅助旋转部件被所述主要旋转部件轴向重叠，其中提供用于改变所述主要旋转部件相对于所述辅助旋转部件的轴向位置的部件；且所述主要旋转部件连接到扭矩产生装置且由所述扭矩产生装置驱动，且所述辅助旋转部件连接到扭矩利用装置，由此通过从安装于所述主要旋转部件上的所述永久磁体发出的部分或全部磁通量线切穿所述辅助旋转部件上的所述导电材料，所述主要旋转部件的旋转引起所述辅助旋转部件的旋转，借此关于所述辅助旋转部件被所述主要旋转部件轴向重叠的总面积的百分比在所述辅助旋转部件中产生扭矩及旋转，且所述永久磁体通过从紧邻于所述导电转子杆定位的所述冷却通道的端发出的直接液体冷却剂撞击而冷却。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述液体冷却剂流进一步可调整以优化所需液体流以实现最佳设备效率。
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