直聯式磁懸浮風的製造方法
2023-12-09 06:59:11 1
直聯式磁懸浮風的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種直聯式磁懸浮風機。主要包括：軸、軸承、葉輪、永磁轉子、定子線圈和葉輪殼；永磁轉子、軸和葉輪固定並置於葉輪殼內；在軸上軸向安裝有磁懸浮組，軸承為磁懸浮軸承，在葉輪殼外的另一側，與永磁轉子對應設置定子線圈，定子線圈和永磁轉子耦合，其結構構成了直流無刷無鐵芯電機，和無刷電機驅動器配套使用，啟動電流小、無鐵損、扭矩大、功率因數高、對電網衝擊小、並且提高了電機效率。由線圈直接驅動轉子，轉子與葉輪不僅節約了高速聯軸器，降低了成本，並提高了系統效率，重量減輕，具有部件少、體積小的優點，採用磁懸浮軸承使風機壽命更長，結構簡單緊湊，添補了國內高速磁懸浮風機的空白。
【專利說明】直聯式磁懸浮風機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種風機，尤其涉及一種採用磁懸浮結構的風機。屬於空氣動力學領域的一個分支一風機領域。
【背景技術】
[0002]目前，風機的技術現狀大多數是利用電動機為原動力，帶動兩維葉輪將氣吸入壓縮在排出去的工作原理。普遍應用於通風、排煙、汙水處理、物料運輸、等領域應用廣泛。石化、冶金、核工業用的高速高壓風機更是受到國外的限制。北京航空航天大學肖曉勁、袁修乾等博士在研究高速電機驅動的逆升壓式空氣循環製冷系統研究中強調要看HDM驅動的高速風機發展，中國北方車輛研究所王湘卿、李中華在分析車輛空氣循環空調系統的概況與發展中談到急需高速風機的發展。
[0003]常見的風機，主要由電動機、葉輪、風機殼體等幾部分組成，是利用離心葉輪結構達到將氣體增壓，但目前大多數風機是低速的3000轉每分鐘以下。其中，離心式風機，主要由軸、離心式葉輪、轉子、定子、軸承、壓氣殼等零件組成。但現在的風機由於是50HZ交流電源供電，所以原動力電動機轉速低，造成現有風機多在低速段工作，出現效率低、體積大、壓比小的現狀，對於在要求高轉速、高壓比、大流量、壽命長的情況下，不能滿足高速穩定運轉的需要，目前離心式高速渦輪製冷是非常急需高速風機的。
【發明內容】
[0004]為克服現有技術的不足，本發明公開一種直聯式磁懸浮風機，將電機與葉輪集成，葉輪與電機轉子直接聯接，由定子線圈直接驅動永磁轉子帶動三維曲面葉輪轉動，轉速可達IOOOOrpm至40000rpm以上的高速風機。
[0005]本發明通過以下技術方案實現:
[0006]—種直聯式磁懸浮風機,包括:軸、軸承、永磁轉子、定子線圈、葉輪、葉輪殼；軸承安裝在軸和支架之間，永磁轉子、葉輪與軸固定連接；與永磁轉子對應設置的定子線圈與支架固定連接；葉輪置於葉輪殼內，葉輪殼和支架固定連接；其特徵在於，在軸上軸向安裝有磁懸浮組，所述磁懸浮組由內磁塊和外磁塊組成，內磁塊和外磁塊相鄰面為同極性，內磁塊與軸固定連接，外磁塊與支架固定連接。
[0007]在上述技術方案的基礎上，進一步地:
[0008]軸承為磁懸浮軸承，磁懸浮軸承由內磁筒和外磁筒組成，內磁筒固定安裝在軸上，外磁筒套裝在內磁筒外並固定安裝在支架上，外磁筒內徑大於內磁筒外徑，內磁筒與外磁筒相鄰面為同極性；外磁筒可用多塊徑向分布磁場的磁塊組成環形，還可在軸上徑向設有保護軸承，保護軸承與支撐架的間隙小於內磁筒與外磁筒的間隙。
[0009]直聯式磁懸浮風機，還包括二級葉輪，二級葉輪與軸固定連接，在葉輪和二級葉輪間設有導向器，電機可安裝在兩個葉輪之間。
[0010]與軸端頭對應的限位塊安裝在支架上，限位塊與軸端頭的間隙小於內磁塊與外磁塊的間隙。在限位塊與軸端頭間裝有限位滾珠。
[0011]定子線圈為無鐵芯線圈。在與永磁轉子對應的定子線圈的另一側設有銜鐵或另一永磁轉子，該銜鐵或另一永磁轉子與軸固定連接。
[0012]永磁轉子及對應設置的定子線圈可採用兩種分布方式:
[0013]方式一:軸向式分布，永磁轉子的永磁體按軸的軸向繞軸分布排列，即永磁轉子呈圓筒狀，與永磁轉子對應的定子線圈也按軸的軸向繞軸分布排列，即定子線圈也呈相應的圓筒狀。
[0014]永磁轉子及定子線圈可置於葉輪本體的空腔內。
[0015]方式二:徑向式分布，永磁轉子按軸的徑向分布排列，即永磁轉子呈盤狀，與永磁轉子對應的定子線圈也按軸的徑向繞軸分布排列，即定子線圈也呈相應盤狀。
[0016]徑向分布式結構優於軸向分布式結構，因為作用力面面積等於半徑的平方乘上η，半徑的增大等於增加力臂的長度，同樣的消耗磁鐵量輸出扭矩增大。
[0017]本發明採用了高效直流無刷無鐵芯電機原理，定子線圈和永磁轉子耦合，其結構構成了直流無刷無鐵芯電機，通過電機驅動器給定子線圈通以電流，利用定子線圈形成的旋轉磁場，進而直接驅動永磁轉子帶動軸和葉輪轉動；和無刷電機驅動器配套使用，啟動電流小、無鐵損、扭矩大、功率因數高、對電網衝擊小、並且提高了電機效率。由線圈直接驅動轉子和葉輪不僅節約了高速聯軸器，降低了成本，並提高了系統效率，重量減輕，具有部件少、體積小的優點。與此同時，在定子線圈的另一側設有的銜鐵，使定子線圈另一側的磁場產生迴路，增加定子線圈中的磁通密度，並且銜鐵這個迴路與永磁轉子同步轉動，消除了磁力線產生的阻力扭矩，也消除了銜鐵迴路中產生交變磁場，同時大大減小了高頻發熱，使得永磁轉子能高速的旋轉，葉輪採用高效的三維曲面葉輪，較小的直徑更便於高速工作，可高效地產生高壓比的風，而且採用磁懸浮，無軸承磨損壽命長、維護簡單緊湊、無油成本低，使風機壽命更長，是代替羅茨風機的最佳選擇；是逆升壓式空氣循環製冷系統的核心部件，廣泛用於航空環境控制、車輛空調、礦井通風、溫室降溫、食品速凍等領域，也可代替現有家用空調，尤其是在戰鬥機、坦克電子設備、駕駛室的環境控制直接影響到戰鬥力，在多方面實現了廣泛的應用價值，添補了國內高速磁懸浮風機的空白。本發明立式安裝使用時，更能體現磁懸浮結構的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1本發明實施例1的結構剖視示意圖
[0019]圖2本發明實施例2的結構剖視示意圖
[0020]圖3本發明實施例3的結構剖視示意圖
[0021]圖4本發明實施例4的結構剖視示意圖
[0022]圖5本發明實施例5的結構剖視示意圖
[0023]圖中標記:11_軸，12-軸承，13-磁懸浮組，14-限位塊，15-限位滾珠，
[0024]21-永磁轉子，22-定子線圈，23-銜鐵，
[0025]31-葉輪，32-葉輪殼，33-支架，34- 二級葉輪，35-導向器。
【具體實施方式】[0026]下面，結合附圖，對直聯式磁懸浮風機的【具體實施方式】作進一步的說明。
[0027]直聯式磁懸浮風機，包括:軸11、軸承12、磁懸浮組13、永磁轉子21、定子線圈22、葉輪31、葉輪殼32 ;軸承12安裝在軸11和支架33之間，永磁轉子21、葉輪31與軸11固定連接；與永磁轉子對應設置的定子線圈22與支架33固定連接；葉輪31置於葉輪殼32內，葉輪殼32和支架33固定連接；在軸上軸向安裝有磁懸浮組13，所述磁懸浮組由內磁塊和外磁塊組成，內磁塊與外磁塊相鄰面為同極性，內磁塊與軸11連接，外磁塊與支架33連接。
[0028]現舉出幾種較佳的具體實施例，但本發明的實施並不限於以下實施例所列舉的形式。
[0029]實施例1永磁轉子軸向式分布，本實施例立式布置。
[0030]參見圖1，永磁轉子21及定子線圈22均採用軸向式分布，永磁轉子的永磁體按軸的軸向繞軸分布排列，與永磁轉子對應的定子線圈也按軸的軸向繞軸分布排列，即永磁轉子及定子線圈均呈圓筒狀；在與永磁轉子對應的定子線圈的另一側設有銜鐵23，也可是另一個永磁轉子，該銜鐵或另一個永磁轉子通過葉輪本體與軸固定連接；永磁轉子21、定子線圈22及銜鐵23置於葉輪31本體的空腔內。葉輪採用三維曲面葉輪。
[0031]在軸的上部近端部設有一組磁懸浮組13，內磁塊與軸連接並置於葉輪上面，外磁塊通過連接部件與支架33連接；軸的上端頭與限位塊14之間設置有限位滾球15 ;軸的上端頭、限位塊14及限位滾球15之間的間距小於內磁塊與外磁塊的間隙。
[0032]在軸下部端頭設另一組磁懸浮組13 ;該磁懸浮組13的內磁塊安裝於軸端頭的連接部件上，限位塊14與磁懸浮組13的外磁塊組合安裝連接部件上，限位滾球15在軸端頭與限位塊之間，同時也在內磁塊與外磁塊之間；軸端頭的連接部件、限位滾球15及限位塊14的間隙小於內磁塊與外磁塊的間隙。
[0033]磁懸浮組的相鄰的磁塊為同極相鄰安裝，所以產生斥力而懸浮，可以產生無磨損、無損耗的技術效果。銜鐵使定子線圈另一側的磁場產生迴路，增加定子線圈22中的磁通密度，並且銜鐵這個迴路與永磁轉子同步轉動，消除了磁力線產生的阻力扭矩，也消除了銜鐵迴路中產生交變磁場，同時大大減小了高頻發熱，使得永磁轉子能高效高速地旋轉。葉輪採用高效的三維曲面葉輪，較小的直徑更便於高速工作。
[0034]實驗結果表明，轉速可達到30000rpm以上。風壓比可達到2.5以上。
[0035]實施例2永磁轉子徑向式分布，本實施例立式布置。
[0036]參見圖2，基本結構與實施例1相似，特別之處在於:軸承採用磁懸浮軸承，磁懸浮軸承由內磁筒和外磁筒組成，內磁筒固定安裝在軸上，外磁筒套裝在內磁筒外並固定安裝在支架上，外磁筒內徑大於內磁筒外徑，內磁筒與外磁筒相鄰面為同極性；外磁筒可用多塊徑向分布磁場的磁塊組成環形。永磁轉子按軸的徑向分布排列，對應的定子線圈也按軸的徑向繞軸分布排列，即永磁轉子呈盤狀，定子線圈為無鐵芯線圈。
[0037]兩組磁懸浮組13均設在軸的近端部，內磁塊與軸連接，外磁塊通過連接部件與支架33連接；軸端頭與限位塊14之間設置有限位滾球15。
[0038]在立式使用情況下，實現了磁懸浮旋轉的功能，提高了風機的效率，延長了風機的壽命。
[0039]實驗結果表明，轉速可達到IOOOOrpm以上，風壓比可達到I以上。
[0040]實施例3[0041]參見圖3，基本結構與實施例2相似，特別之處在於:定子線圈也呈扁平的盤狀，在與永磁轉子對應的定子線圈的另一側設有銜鐵23，該銜鐵與軸固定連接。
[0042]通過定子線圈也呈扁平的盤狀，達到增加扭矩縮小軸向距離使軸系工作在剛性狀態、減小臨界效應、增大扭矩的目的。
[0043]實驗結果表明，轉速可達到30000rpm以上。風壓比可達到2以上。
[0044]實施例4
[0045]參見圖4，基本結構與實施例1相似，特別之處在於:永磁轉子和定子線圈未置於葉輪本體內，而是置於軸的上端部，是進風口有利於電機的散熱，此結構更適合於稍低轉速大扭矩的場合。本實施例的軸承也可採用如實施例2中的磁懸浮軸承。
[0046]實施例5
[0047]參見圖5，在實施例1的基礎上，增加了二級葉輪。
[0048]基本結構與實施例1中相似，此外，在原有葉輪31後又增加了二級葉輪34，且在葉輪31和二級葉輪34之間設有導向器35，二級葉輪與軸固定連接，導向器35與支架連接。本實施例的軸承也可採用如實施例2中的磁懸浮軸承。
[0049]在同等轉速的情況下，實現增壓一倍的功能，提高了電機利用率，使同轉速電機達到更高壓比的目的。
[0050]實驗結果表明，轉速可達到60000rpm以上,風壓比可達到4.5以上。
[0051]以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，並非因此局限本發明的專利範圍，故凡是運用本發明說明書內容所作的等效結構變化，均包含於本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種直聯式磁懸浮風機，包括:軸、軸承、永磁轉子、定子線圈、葉輪和葉輪殼；軸承安裝在軸和支架之間，永磁轉子、葉輪與軸固定連接；與永磁轉子對應設置的定子線圈與支架固定連接；葉輪置於葉輪殼內，葉輪殼和支架固定連接；其特徵在於，在軸上軸向安裝有磁懸浮組,所述磁懸浮組由內磁塊和外磁塊組成，內磁塊和外磁塊相鄰面為同極性，內磁塊與軸固定連接，外磁塊與支架固定連接。
2.根據權利要求1所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，所述軸承為磁懸浮軸承，磁懸浮軸承由內磁筒和外磁筒組成，內磁筒固定安裝在軸上，外磁筒套裝在內磁筒外並固定安裝在支架上，外磁筒內徑大於內磁筒外徑，內磁筒與外磁筒相鄰面為同極性。
3.根據權利要求2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，在軸上徑向設有保護軸承，保護軸承與支撐架的間隙小於內磁筒與外磁筒的間隙。
4.根據權利要求1或2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，還包括二級葉輪，二級葉輪與軸固定連接，在葉輪和二級葉輪間設有導向器。
5.根據權利要求1或2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，與軸端頭對應的限位塊安裝在支架上，限位塊與軸端頭的間隙小於內磁塊與外磁塊的間隙。
6.根據權利要求5所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，在限位塊與軸端頭間裝有限位滾珠。
7.根據權利要求1或2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，所述永磁轉子及定子線圈採用軸向式分布，即永磁轉子呈圓筒狀，定子線圈也呈相應的圓筒狀，永磁轉子及定子線圈置於葉輪本體的空腔內。
8.根據權利要求1或2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，所述永磁轉子及定子線圈採用徑向式分布，即永磁轉子、定子線圈均呈盤狀。
9.根據權利要求1或2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，所述定子線圈為無鐵芯線圈。
10.根據權利要求1或2所述直聯式磁懸浮風機，其特徵在於，在與永磁轉子對應的定子線圈的另一側設有銜鐵或另一永磁轉子，該銜鐵或另一永磁轉子與軸固定連接。
【文檔編號】H02K7/14GK103944313SQ201410195808
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】佟憲良 申請人:北京良明同創水處理設備開發中心