CN206487650U - 采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，包括：永磁电机本体；设置在永磁电机本体一端的风扇冷却组件；其中，所述风扇冷却组件的第一转轴被配置为采用止口定位方式，设置在永磁电机本体的转子一端，以在离心式鼓风机处于工作状态时，在永磁电机本体的转子与定子之间通过气隙构成冷却风道。本实用新型提供一种采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其在电机的伸出轴端直接连接鼓风机，其通过鼓风机的吸风作用直接冷却电机壳体，对电机内部的转子与定子之间进行冷却，再利用蜗壳、喉道与叶轮的高速旋转吸气、压缩和排气，构成离心式风机。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种在透平机械设备技术领域，同时又涉及节能环保设备技术领域的电机。更具体地说，本实用新型涉及一种用在透平机械设备及节能环保设备情况下的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机。
背景技术
鼓风机按照其工作原理不同，分为容积式和叶片式(透平式)两大类。容积式如往复式压缩机、螺杆压缩机、滑片压缩机、罗茨鼓风机等，由于其流量小、效率低、体积大等原因，有逐步被透平鼓风机替代的趋势。
目前较为先进的透平鼓风机有齿轮增速高速风机、磁悬浮风机等，这些风机有其优点，但也有缺点：齿轮增速高速风机损失大，电机、齿轮箱和联轴器等部件在转动和传递力矩过程中带来了很大的机械传动损失，使鼓风机整体效率下降；同时，维护难度大，机械部件全部采用润滑油，并且存在机械摩擦，在降低部件使用寿命的同时，也加大了突发事故发生的几率，维护周期短；运行工况单一，依靠齿轮箱变速的方式极大地限制了鼓风机的转速范围，导致了鼓风机只能在一个或几个工况点运行，对外界环境的使用性较差；运行噪声大，隔音、消音措施不到位，机械噪声和气动噪声远大于国家标准的85dB；磁悬浮风机制造与装配精度高、控制系统结构复杂、成本高。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本实用新型还有一个目的是提供一种采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其通过在电机的伸出轴端直接连接风扇冷却组件，其通过风扇冷却组件的吸风作用直接冷却电机壳体，对电机内部的转子与定子之间进行冷却，再利用蜗壳、喉道与叶轮的高速旋转吸气、压缩和排气，对离心式鼓风机的内部冷却。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，包括：
永磁电机本体；
设置在永磁电机本体一端的风扇冷却组件；
其中，所述风扇冷却组件的第一转轴被配置为采用止口定位方式，设置在永磁电机本体的转子一端，以在离心式鼓风机处于工作状态时，在永磁电机本体的转子与定子之间通过气隙构成冷却风道。
优选的是，其中，所述转子包括芯轴，以及设置在芯轴两端以与第一转轴、叶轮的第二转轴相配合的连接部，所述芯轴的周向表面上均设置有一预设凹槽，所述凹槽表面叠加设置有永磁铁层以及保护套层，
其中，所述永磁铁层包括呈周向排布的多个永磁铁；
所述保护套被配置为钢材料或碳纤维材料。
优选的是，其中，所述连接部被配置为与芯轴一体式设计，且所述连接部上分别设置有与第一转轴、第二转轴相配合的中心盲孔，
其中，所述连接部上设置有可供第一转轴、第二转轴伸入的安装槽，所述安装槽的内径被配置为大于第一转轴、第二转轴的最大直径。
优选的是，其中，所述永磁电机本体包括与转子相配合的定子，所述定子通过定子外壳进而固定；
其中，所述定子外壳包括一壳体，以及分体设置在壳体内部的散热组件。
优选的是，其中，所述散热组件包括在壳体内部周向上呈发射分布的多个散热筋，各所述散热筋上间隔预设距离设置有多个凸起。
优选的是，其中，所述风扇冷却组件包括与第一转轴相配合的第一三元叶轮及第一进风盘；
其中，所述第一三元叶轮与第一转轴之间还设置有第二进风盘和密封盘。
优选的是，其中，所述第二进风盘与连接部之间设置有止推盘，所述止推盘的两侧分别设置有第一止推箔片轴承，第二止推箔片轴承。
优选的是，其中，所述转子通过两套空气动压箔片轴承进而设置在高速永磁电机本体内。
优选的是，其中，每套所述空气动压箔片轴承均包括3个径向波箔片和一1个径向平箔片；
所述第一止推箔片轴承、第一止推箔片轴承均均包括6个止推平箔片、6个止推波箔片以及1个与其相配合的止推衬底。
优选的是，其中，各所述径向波箔片上配置有两条槽口，各所述槽口的宽度被配置为0.2-1mm；
所述止推衬底的厚度被配置为0.3-2mm。
本实用新型至少包括以下有益效果：其一，本实用新型在电机的伸出轴端直接连接风扇冷却组件，其通过风扇冷却组件的吸风作用直接冷却电机壳体，对电机内部的转子与定子之间进行冷却，再利用蜗壳、喉道与叶轮的高速旋转吸气、压缩和排气，构成离心式风机。
其二，本实用新型空气动压轴承支撑高速永磁电机通过直连直驱空气冷却离心式鼓风机，以提高高速永磁电机的效率，降低能量消耗，并且延长维护保养周期(半永久性)以及便于维修保养。
其三，本实用新型通过对电机转子的结构设计，以使其适应两端分别安装三元叶轮的效果，同时对芯轴的设计，使得其与定子的配合稳定性更加好，使用周期更长，适应更好的作用效果。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本实用新型鼓风机的一个实施例中采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机的总体结构示意图；
图2为本实用新型采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机的另一侧视图；
图3为本实用新型电机定子固定外壳的示意图；
图4为本实用新型电机定子固定外壳分体设计时的散热筋的结构示意图；
图5为本实用新型芯轴的结构示意图；
图6为本实用新型分体式电主轴电机转子结构设计示意图；
图7为本实用新型使用的径向波箔片示意图；
图8为本实用新型使用的径向平箔片示意图；
图9为本实用新型使用的止推箔片轴承示意图；
其中，图1中各标号分别为：1-蜗壳；2-喉道；3-叶轮背面挡板；4-三元叶轮；5-叶轮固定拉杆；6-叶轮固定螺母；7-前端径向箔片轴承；8-前端径向轴承座；9-前端轴承座支撑盘；10-电机定子固定外壳；11-电机定子；12-电主轴；13-后端径向箔片轴承；14-后端径向轴承座；15-等厚环；16-止推盘；17-止推箔片轴承1；18-止推箔片轴承2；19-电主轴冷却进风盘；20-电主轴冷却风扇密封盘；21-电主轴冷却风扇；22-冷却风扇拉杆；23-冷却风扇进风盘；24-风机主机支撑钢架；25-弹性隔振体；
图5中各标号为：121-主轴芯部；122-永磁体；123-保护套(钢套或碳纤维套)；
图6中各标号为：121-转子套筒；122-永磁体；123-保护套(钢套或碳纤维套)；
图9中各标号为：26-止推衬底；27-止推波箔片；28-止推平箔片；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1-2示出了根据本实用新型的一种采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机的实现形式，其中包括：
永磁电机本体，其包含蜗壳(1)、喉道(2)、叶轮背面挡板(3)、第二三元叶轮(4)、叶轮固定拉杆即第二转轴(5)、叶轮固定螺母(6)、前端径向箔片轴承(7)、前端径向轴承座(8)、前端轴承座支撑盘(9)、电机定子固定外壳(10)、电机定子(11)、电主轴即芯轴(12)、后端径向箔片轴承(13)、后端径向轴承座(14)、等厚环(15)、止推盘(16)、第一止推箔片轴承(17)、第二止推箔片轴承(18)等，其中喉道(2)与蜗壳(1)分为两件，采用止口定位的方式连接；当喉道(2)与三元叶轮(4)间隙不恰当时，可以通过修改喉道(2)实现。蜗壳(1)与前端轴承座支撑盘(9)也通过止口定位，螺栓锁紧；
设置在永磁电机本体一端的风扇冷却组件，其包括冷却进风盘(19)、冷却风扇密封盘(20)、冷却风扇(21)、冷却风扇拉杆即第一转轴(22)、冷却风扇进风盘(23)、风机主机支撑钢架(24)、弹性隔振体(25)；
其中，所述风扇冷却组件的第一转轴(22)被配置为采用止口定位方式，设置在永磁电机本体的转子一端，以在离心式鼓风机处于工作状态时，在永磁电机本体的转子与定子之间通过气隙构成冷却风道。采用这种方案通过鼓风机的吸风作用直接冷却电机壳体，对电机内部的转子与定子之间进行冷却，再利用蜗壳、喉道与叶轮的高速旋转吸气、压缩和排气，构成离心式风机，具有可实施效果好，可操作性强，节能的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图5-6所示，在另一种实例中，所述转子包括芯轴121，以及设置在芯轴两端以与第一转轴、叶轮的第二转轴相配合的连接部124，所述芯轴的周向表面上均设置有一预设凹槽，所述凹槽表面叠加设置有永磁铁层122以及保护套层123，
其中，所述永磁铁层包括呈周向排布的多个永磁铁；
所述保护套被配置为钢材料或碳纤维材料。采用这种方案的转子系统采用空气动压箔片轴承支撑；前端径向箔片轴承(7)安装在前端径向轴承座(8)内，主要包含3件径向波箔与1件径向平箔；后端径向箔片轴承(13)安装在后端径向轴承座(14)内，主要包含3件径向波箔与1件径向平箔；第一止推箔片轴承1(17)安装在后端径向轴承座(14)端面，主要包含6件止推波箔与6件止推平箔及1件止推衬底；第二止推箔片轴承2(18)安装在电主轴冷却进风盘(19)内端面上，主要包含6件止推波箔与6件止推平箔及1件止推衬底，具有可实施效果好，可操作性强，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图5-6所示，在另一种实例中，所述连接部被配置为与芯轴一体式设计，且所述连接部上分别设置有与第一转轴、第二转轴相配合的中心盲孔，第一三元叶轮(4)与电主轴即芯轴(12)采取中心盲孔与轴过盈连接方式，再利用叶轮固定拉杆(5)与叶轮固定螺母(6)锁紧，电主轴(12)从前端插入，先后通过前端径向轴承座(8)、电机定子(11)、后端径向轴承座(14)，在电主轴(12)右端采用端面止口定位方式安装止推盘(16)，
其中，所述连接部上设置有可供第一转轴、第二转轴伸入的安装槽124，所述安装槽的内径被配置为大于第一转轴、第二转轴的最大直径，其用于减轻转子的质量，以使其与空气动压轴承的支撑能力进行配合，鼓风机使用的第一转轴与电机的芯轴设计成一体式(如图4所示)，也可以单独设计成独立的部件(如图5所示)，再与主轴过盈装配成一体后进行精密加工，达到高速旋转时的使用要求，采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图1、3、4所示，在另一种实例中，所述永磁电机本体包括与转子相配合的定子，高速永磁电机定子由硅钢片叠加并绕上线圈而成，电机定子(11)内埋入温度传感器，直接由变频器驱动，可实现变频调速功能，电机定子(11)与电机定子固定外壳(10)采取过盈配合、热装方式结合为一个整体，所述定子通过定子外壳进而固定，前端轴承座支撑盘(9)与电机定子固定外壳(10)采用端面止口定位方式，用螺钉连接在一起，同时，前端径向轴承座(8)与前端轴承座支撑盘(9)也采用端面止口定位方式，用螺钉连接在一起；后端径向轴承座(14)也采用端面止口的定位方式与电机定子固定外壳(10)连接在一起，这样，就保证了电机定子(11)中心轴线与前端径向轴承座(8)、后端径向轴承座(14)中心轴线的同轴度问题；
其中，所述定子外壳包括一壳体，以及分体设置在壳体内部的散热组件。采用这种方案电机定子固定外壳(10)示意图如图2所示，本件可以将外壳本件与散热筋设计成一体化结构，也可以将外壳本件与散热筋部分(如图3所示)设计成分开的2件，在采用过盈热装配的方式装配在一起，便于制造，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图4所示，在另一种实例中，所述散热组件包括在壳体内部周向上呈发射分布的多个散热筋，各所述散热筋上间隔预设距离设置有多个凸起。采用这种方案无论整体式结构还是分体式结构，散热筋上均可以设计有许多的半圆形凸起，用于增大散热面积，提高散热效果，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图1所示，在另一种实例中，所述风扇冷却组件包括与第一转轴相配合的第一三元叶轮(21)及第一进风盘(23)；
其中，所述第一三元叶轮与第一转轴之间还设置有第二进风盘和密封盘。
在另一种实例中，所述第二进风盘与连接部之间设置有止推盘，所述止推盘的两侧分别设置有第一止推箔片轴承，第二止推箔片轴承。采用这种方案在转子系统右端面上采用止口定位方式安装有电主轴冷却风扇(21)，随转子系统一起旋转，将从冷却风扇进风盘(23)吸进的冷风通过电主轴冷却进风盘(19)上的进风通道强制鼓入电机定子(11)与电主轴(12)之间的气隙中，通过前端轴承座支撑盘(9)上的通槽及前端径向轴承座(8)与电主轴之间的间隙，将电机转定子产生的部分热量带走，进行冷却，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
在另一种实例中，所述转子通过两套空气动压箔片轴承进而设置在高速永磁电机本体内。采用这种方案以适应与鼓风机的安装，以使其与高速永磁电机相配合，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图7-9所示，在另一种实例中，每套所述空气动压箔片轴承均包括3个径向波箔片29和一1个径向平箔片30；
所述第一止推箔片轴承、第一止推箔片轴承均均包括6个止推平箔片、6个止推波箔片以及1个与其相配合的止推衬底。采用这种方案的每套径向轴承包含3件径向波箔片(如图6所示)与1件径向平箔片(如图7所示)，每套止推箔片轴承(如图8所示)包含1件止推衬底26，6件止推波箔片27，6件止推平箔片28；止推波箔片、止推平箔片分别按各自确定的位置用激光焊接的方式焊接在止推衬底上；具有可实施效果好，可操作性强，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
如图7-9所示，在另一种实例中，各所述径向波箔片上配置有两条槽口290，各所述槽口的宽度被配置为0.2-1mm，每件波箔片可以是整体不分开的结构形式，也可是用2条槽分为三部分的结构形式，长度可长可短，但不能全部分离，槽宽在0.2-1mm较为合适；
所述止推衬底的厚度被配置为0.3-2mm，止推衬底采用的是0.3-2mm厚度的金属板材，用以保证止推波箔片、止推平箔片与衬底焊接后不出现翘曲的现象。采用这种方案具有可实施效果好，可操作性强，稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本实用新型时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，包括：
永磁电机本体；
设置在永磁电机本体一端的风扇冷却组件；
其中，所述风扇冷却组件的第一转轴被配置为采用止口定位方式，设置在永磁电机本体的转子一端，以在离心式鼓风机处于工作状态时，在永磁电机本体的转子与定子之间通过气隙构成冷却风道。
2.如权利要求1所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述转子包括芯轴，以及设置在芯轴两端以与第一转轴、叶轮的第二转轴相配合的连接部，所述芯轴的周向表面上均设置有一预设凹槽，所述凹槽表面叠加设置有永磁铁层以及保护套层，
其中，所述永磁铁层包括呈周向排布的多个永磁铁；
所述保护套被配置为钢材料或碳纤维材料。
3.如权利要求2所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述连接部被配置为与芯轴一体式设计，且所述连接部上分别设置有与第一转轴、第二转轴相配合的中心盲孔，
其中，所述连接部上设置有可供第一转轴、第二转轴伸入的安装槽，所述安装槽的内径被配置为大于第一转轴、第二转轴的最大直径。
4.如权利要求1所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述永磁电机本体包括与转子相配合的定子，所述定子通过定子外壳进而固定；
其中，所述定子外壳包括一壳体，以及分体设置在壳体内部的散热组件。
5.如权利要求4所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述散热组件包括在壳体内部周向上呈发射分布的多个散热筋，各所述散热筋上间隔预设距离设置有多个凸起。
6.如权利要求1所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述风扇冷却组件包括与第一转轴相配合的第一三元叶轮及第一进风盘；
其中，所述第一三元叶轮与第一转轴之间还设置有第二进风盘和密封盘。
7.如权利要求6所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述第二进风盘与连接部之间设置有止推盘，所述止推盘的两侧分别设置有第一止推箔片轴承，第二止推箔片轴承。
8.如权利要求7所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，所述转子通过两套空气动压箔片轴承进而设置在高速永磁电机本体内。
9.如权利要求8所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，每套所述空气动压箔片轴承均包括3个径向波箔片和一1个径向平箔片；
所述第一止推箔片轴承、第一止推箔片轴承均包括6个止推平箔片、6个止推波箔片以及1个与其相配合的止推衬底。
10.如权利要求9所述的采用直连高速永磁电机实现内部空气冷却的离心式鼓风机，其特征在于，各所述径向波箔片上配置有两条槽口，各所述槽口的宽度被配置为0.2-1mm；
所述止推衬底的厚度被配置为0.3-2mm。
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