一种快速散热和调速的筒式永磁调速器的制作方法

1.本发明涉及永磁调速器技术领域，特别涉及一种快速散热和调速的筒式永磁调速器。


背景技术：

2.永磁调速器是一种基于永磁—涡流耦合原理的非接触式机械传动调速装置。永磁调速器作为一种无机械接触、节能环保、能适应恶劣环境的调速装置，已在供水、发电等众多行业逐渐体现出其应用优势。永磁调速器的核心器件为永磁体。但其磁特性受温度影响，当工作温度超过居里温度，将出现退磁现象，导致永磁调速器功能衰退甚至失效。
3.然而，实际生产中，永磁调速器存在散热效果差和调速慢的缺陷。目前永磁调速器的散热方式主要有风冷和水冷两种，其中水冷散热结构复杂，成本低廉，散热效果良好；而风冷型散热方式为导体转子外围安装普通的矩形散热片，该散热方式是通过导体筒的旋转而带动散热片旋转，从而降低导体筒的温度。常见的永磁调速器分为盘式和筒式，盘式永磁调速器通过调节气隙大小实现调速功能，气隙越大，转速越小；筒式永磁调速器通过调节耦合面积大小实现调速功能，耦合面积越大，转速越大。
4.现有技术中具有采用常规的矩形肋片做散热片的技术方案，结构简单，但风噪声较大，散热温度较少。现有技术中存在使用永磁磁钢片的数量不同来实现调速，采用双转子结构使调速范围变宽的技术方案。但这类技术方案调速较慢，不能实现大范围调速。
5.因此，开发一种快速散热和调速的筒式永磁调速器具有重大意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种快速散热和调速的筒式永磁调速器，以解决现有技术中存在的问题。
7.为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种快速散热和调速的筒式永磁调速器，包括由外向内顺次布置的导体转子、铜层和内转子。
8.所述导体转子包括导磁圆筒本体和弧形散热片。所述导磁圆筒本体的外壁上具有等距的若干个弧形散热片。所述铜层整体为薄壁圆筒。所述铜层的壁面具有锥角。所述铜层的外壁紧密贴合并固定于导磁圆筒本体的内壁上。所述导体转子和铜层构成导体转子组件。
9.所述内转子容置在铜层的内腔中。所述内转子的径向外周面上镶嵌有若干径向充磁的永磁体。所述内转子的端面上设置有若干个轴向流道。所述轴向流道环绕轴线的周向间隔分布。所述内转子的径向外周面上布置有若干径向离心流道。所述径向离心流道与对应的轴向流道联通。所述内转子和永磁体构成永磁转子组件。
10.所述永磁转子组件与输出轴固定连接，与负载相连。所述导体转子组件与输入轴固定连接，与电动机端相连。工作时，导体转子组件转动，铜层切割永磁体发出的磁感线产生涡流，涡流产生感应磁场，感应磁场与永磁体的源磁场发生耦合作用进而产生扭矩，使永
磁转子组件带动负载转动。
11.对筒式永磁调速器进行冷却时，冷却液注入轴向流道中，在离心力的作用下，冷却液从径向离心流道进入气隙中。冷却液热交换后流出气隙。弧形散热片与空气直接接触，进行对流换热。
12.对筒式永磁调速器进行调速时，永磁转子组件沿轴向移动，调节永磁转子相对于导体转子组件间的气隙的距离和耦合面积，改变负载轴上的输出转矩，从而调节负载转速。
13.进一步，所述弧形散热片采用不锈钢材料制成。
14.进一步，所述轴向流道的截面形状为梯形。所述径向离心流道的截面形状为椭圆形。
15.进一步，所述弧形散热片焊接在导磁圆筒本体外壁上。
16.本发明的技术效果是毋庸置疑的：
17.a.通过设置弧形散热片，当导体转子高速旋转时，减小了空气的阻力，减小了导体转子转动时的风噪声与振动，铜层涡流产生的大量热量一部分通过热传导传给导体转子，导体转子上的弧形散热片与空气之间的直接接触通过对流换热传递给外界，最终达到散热的目的。弧形散热片的设置，使得散热量大，降温快；
18.b.通过设置轴向流道和径向离心流道，对永磁调速器进行冷却时，送入轴向流道的水会沿着通道流动，在离心力的作用下，水从径向离心流道的出口直接进入气隙。由于流通通道的出口位于内转子本体的径向外周面上，流通通道内的水可利用其高速旋转受到的离心力甩入气隙中，进入气隙的水在与内转子和外转子热交换后再流出气隙。如此改变了水进入气隙的方式，最终对内转子和永磁体达到精准散热目的。水冷散热效果良好，降温快。解决了由于气隙在内转子径向上的尺寸小，引起进入气隙的水流量有限，而导致的永磁调速器散热慢、散热效率不足的问题；
19.c.通过设置锥形的铜层，在实际工作需要调速时，通过调节内转子往外移出，内转子和导体转子的耦合面积减小，气隙增大，这样使得内转子转速减小，输出轴转速减小；内转子往内移动时，内转子和导体转子的耦合面积增大，气隙减小，这样使得内转子转速增大，输出轴转速增大。两种方式配合，能快速调节到需要的转速，且调速范围大；
20.d.结构合理，设计巧妙，操作简单，很好的解决了现有技术中永磁调速器散热效果差、调速慢的的缺陷。
附图说明
21.图1为筒式永磁调速器的总体结构示意图；
22.图2为筒式永磁调速器的永磁转子结构示意图；
23.图3为筒式永磁调速器的导体转子结构示意图；
24.图4为筒式永磁调速器的铜层结构示意图；
25.图5为筒式永磁调速器的铜层剖视图。
26.图中：内转子1、输出轴2、导体转子3、铜层4、轴向流道5、输入轴6、弧形散热片7、径向离心流道8、永磁体9、气隙10。
具体实施方式
27.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
28.实施例1：
29.本实施例提供一种快速散热和调速的筒式永磁调速器，包括由外向内顺次布置的导体转子3、铜层4和内转子1。
30.所述导体转子3包括导磁圆筒本体和弧形散热片7。所述导磁圆筒本体的外壁上具有等距的若干个弧形散热片7。所述铜层4整体为薄壁圆筒。所述铜层4的壁面具有锥角。所述铜层4的外壁紧密贴合并固定于导磁圆筒本体的内壁上。所述导体转子3和铜层4构成导体转子组件。
31.参见图2，所述内转子1容置在铜层4的内腔中。所述内转子1的径向外周面上镶嵌有若干径向充磁的永磁体9。所述内转子1的端面上设置有若干个轴向流道5。所述轴向流道5环绕轴线的周向间隔分布。所述内转子1的径向外周面上布置有若干径向离心流道8。所述径向离心流道8与对应的轴向流道5联通。所述内转子1和永磁体9构成永磁转子组件。
32.所述永磁转子组件与输出轴2固定连接，与负载相连。所述导体转子组件与输入轴6固定连接，与电动机端相连。工作时，导体转子组件转动，铜层4切割永磁体9发出的磁感线产生涡流，涡流产生感应磁场，感应磁场与永磁体9的源磁场发生耦合作用进而产生扭矩，使永磁转子组件带动负载转动。
33.对筒式永磁调速器进行冷却时，冷却液注入轴向流道5中，在离心力的作用下，冷却液从径向离心流道8进入气隙10中。冷却液热交换后流出气隙10。弧形散热片7与空气直接接触，进行对流换热。
34.对筒式永磁调速器进行调速时，永磁转子组件沿轴向移动，调节永磁转子相对于导体转子组件间的气隙的距离和耦合面积，改变负载轴上的输出转矩，从而调节负载转速。
35.实施例2：
36.本实施例主要结构同实施例1，其中，所述弧形散热片7采用不锈钢材料制成。
37.实施例3：
38.本实施例主要结构同实施例1，其中，所述轴向流道5的截面形状为梯形。所述径向离心流道8的截面形状为椭圆形。
39.实施例4：
40.本实施例主要结构同实施例1，其中，所述弧形散热片7焊接在导磁圆筒本体外壁上。
41.实施例5：
42.本实施例主要结构同实施例1，其中，每个轴向流道5对应设置有至少十个径向离心流道8。所述径向离心流道8均匀间隔分布，水从内转子的多个位置进入气隙，进而有利于在内转子本体轴线方向上，提升了水对筒式永磁调速器冷却的均匀性。
43.实施例6：
44.参见图1，本实施例针对现有技术中永磁调速器散热效果差、调速慢的缺陷，提供一种快速散热和调速的筒式永磁调速器，包括由外向内顺次布置的导体转子3、铜层4和内
转子1。
45.参见图3，所述导体转子3包括导磁圆筒本体和弧形散热片7。所述导磁圆筒本体的外壁上具有等距的若干个弧形散热片7。弧形散热片的显著特征是薄而高，使得散热量更大，散热后的过于温度更低。弧形散热片的弧形的曲率半径大小视实际情况、加工难度而定，尽可能符合工艺要求。输入轴带动导体转子转动，当导体转子高速旋转时，通过设置弧形散热片，减小了空气的阻力，减小了导体转子转动时的风噪声与振动，铜层涡流产生的大量热量一部分通过热传导传给导体转子，导体转子上的弧形散热片与空气之间的直接接触通过对流换热传递给外界，最终达到散热的目的。弧形散热片的设置，使得散热量大，降温快。
46.参见图4和图5，所述铜层4整体为薄壁圆筒。所述铜层4的壁面具有锥角(即铜层4的壁厚沿轴向递减)。所述铜层4的剖面形状为三角形。
47.所述铜层4的外壁紧密贴合并固定于导磁圆筒本体的内壁上。所述导体转子3和铜层4构成导体转子组件。
48.参见图2，所述内转子1容置在铜层4的内腔中。所述内转子1的径向外周面上镶嵌有若干径向充磁的永磁体9。所述内转子1的端面上设置有若干个轴向流道5。所述轴向流道5环绕轴线的周向间隔分布。所述内转子1的径向外周面上布置有若干径向离心流道8。所述径向离心流道8与对应的轴向流道5联通。所述内转子1和永磁体9构成永磁转子组件。
49.所述永磁转子组件与输出轴2固定连接，与负载相连。所述导体转子组件与输入轴6固定连接，与电动机端相连。工作时，导体转子组件转动，铜层4切割永磁体9发出的磁感线产生涡流，涡流产生感应磁场，感应磁场与永磁体9的源磁场发生耦合作用进而产生扭矩，使永磁转子组件带动负载转动。
50.使用时，弧形散热片通过对流换热将铜层的一部分热量传入外界，水流入轴向流道5的流通通道内，在高速旋转下被甩入气隙10中从而带走一部分热量。在调速时，锥形铜层的存在能将调节气隙和耦合面积两种方式结合，能快速调节到需要的转速。本实施例结构合理，设计巧妙，操作简单，解决了现有技术中永磁调速器散热效果差、调速慢的缺陷，能快速实现大量散热和调速。
51.本实施例改变了冷却液进入气隙的方式，最终对内转子和永磁体达到精准散热目的。水冷散热效果良好，降温快。解决了由于气隙在内转子径向上的尺寸小，引起进入气隙的冷却液流量有限，而导致的永磁调速器散热慢、散热效率不足的问题。