本實(shí)用新型涉及一種力無(wú)接觸傳送、傳動(dòng)軸耦合驅(qū)動(dòng)及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及一種大功率高轉(zhuǎn)速電機(jī)系統(tǒng)調(diào)速節(jié)能的永磁體雙面強(qiáng)制冷卻型永磁調(diào)速器。

背景技術(shù)：

永磁調(diào)速器替代閥門擋風(fēng)板控制流量，節(jié)電效益顯著。目前永磁調(diào)速器普遍存在缺陷：冷卻散熱設(shè)計(jì)不先進(jìn)，排熱能力不強(qiáng)，永磁體溫度逐漸升高，磁渦流效應(yīng)逐漸減弱，導(dǎo)致強(qiáng)負(fù)荷條件下無(wú)法長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。永磁體無(wú)積熱且維持始終低于80℃狀態(tài)，是永磁耦合調(diào)速技術(shù)得以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

風(fēng)冷卻方式是一種典型的永磁體冷卻方式，在磁轉(zhuǎn)盤背面或外表面固定外散熱片，擴(kuò)大散熱面積以強(qiáng)化自然冷卻散熱能力，在功率較大時(shí)難以滿足冷卻需求。CN1140042C公開一種可調(diào)節(jié)磁耦合器，耦合器沒(méi)有散熱設(shè)計(jì)，存在永磁體消磁退磁隱患，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用耦合器最大功率受到限制。CN101951116A公開一種永磁調(diào)速器，調(diào)速器在磁體轉(zhuǎn)盤外表面和導(dǎo)體圓筒外表面上分別裝有基于自然散熱原理的散熱翅片。CN203261222U公開一種筒形永磁調(diào)速器風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)除導(dǎo)體圓筒外表面均勻設(shè)置基于自然散熱原理的外散熱翅片外，導(dǎo)體圓筒端面上還開有散熱孔，散熱孔外側(cè)端面設(shè)置風(fēng)扇，風(fēng)扇被固定在導(dǎo)體圓筒端面上，風(fēng)扇葉片與散熱孔大小相匹配，形成從導(dǎo)體圓筒內(nèi)側(cè)向外的軸向冷卻風(fēng)。將外散熱片的自然冷卻和散熱孔-風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻相結(jié)合，改善了導(dǎo)體圓筒散熱效果，但風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)速度不高，由此形成的負(fù)壓有限，加上導(dǎo)體圓筒與磁體盤之間氣隙空間小，掃過(guò)導(dǎo)體圓筒與磁體盤之間氣隙空間的冷卻風(fēng)流量偏小，而且冷卻風(fēng)流量可調(diào)控性能差，另外多出額外風(fēng)扇，要額外消耗電力能源，安裝難度增加，結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。

開發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，能自適應(yīng)增大冷卻風(fēng)流量，高強(qiáng)度冷卻排熱并使永磁體溫度始終穩(wěn)定低于80℃的新型永磁調(diào)速器，可以推動(dòng)永磁調(diào)速裝置技術(shù)升級(jí)進(jìn)程，從而能更深程度更廣范圍地挖掘電機(jī)系統(tǒng)永磁調(diào)速節(jié)電效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前永磁調(diào)速器普遍存在的導(dǎo)體盤和磁體盤無(wú)散熱裝置，外裝散熱片實(shí)施風(fēng)自然冷卻散熱存在的排熱能力不高，或輔加風(fēng)機(jī)抽吸的冷卻風(fēng)流量小且調(diào)控性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不節(jié)能等問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種具有“磁體盤端面中心區(qū)域設(shè)置多個(gè)扇形通風(fēng)孔且邊緣區(qū)域周向均布內(nèi)低外高梯形翅片”結(jié)構(gòu)特征，“旋風(fēng)抽吸氣隙空間內(nèi)高溫氣流，冷風(fēng)對(duì)流散熱速度和磁體盤轉(zhuǎn)速正相關(guān)，從永磁體內(nèi)外兩側(cè)同時(shí)對(duì)流散熱，高強(qiáng)度強(qiáng)制排走永磁體生熱”技術(shù)特征，“永磁體溫度始終低于80℃，渦感應(yīng)效應(yīng)恒定不變且5000kW永磁調(diào)速器能長(zhǎng)時(shí)間使用”等綜合效果的永磁體雙面強(qiáng)制冷卻型永磁調(diào)速器。

永磁體雙面強(qiáng)制冷卻型永磁調(diào)速器，主要包括導(dǎo)體盤、磁體盤、眾多永磁體、眾多翅片和眾多通風(fēng)孔，通風(fēng)孔呈扇形狀，通風(fēng)孔周向均布在磁體盤中心區(qū)域，磁體盤右端面上通風(fēng)孔內(nèi)弧在同一圓周上、外弧在同一圓周上、兩個(gè)圓周為以磁體盤右端面中心為圓心的同心圓，通風(fēng)孔寬度為0.4～0.6倍磁體盤右端面半徑，翅片厚度為1mm～2mm、呈直角梯形狀，翅片下底長(zhǎng)度是上底長(zhǎng)度的1～3倍、直角腰周向均勻固定在磁體盤右端面上、直角腰和磁體盤右端面半徑線共線、上底和磁體盤右端面上的通風(fēng)孔外弧所處圓周垂直相交、下底和磁體盤右端面最外圓周垂直相交，永磁體嵌入磁體盤內(nèi)，永磁體左端面在磁體盤左端面上，磁體盤左端面與導(dǎo)體盤右端面之間存在一個(gè)氣隙空間。

高電壓等級(jí)、大功率、高轉(zhuǎn)速電機(jī)系統(tǒng)中長(zhǎng)時(shí)間力負(fù)荷無(wú)接觸式傳送、轉(zhuǎn)速傳遞或扭矩傳遞可控調(diào)節(jié)場(chǎng)所，可以使用本實(shí)用新型。

實(shí)用新型節(jié)能經(jīng)濟(jì)性能良好，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝簡(jiǎn)單、高效緊湊、加工安裝調(diào)試便捷，永磁體冷卻效果可靠，永磁體溫度始終低于80℃，5000kW以內(nèi)風(fēng)冷型永磁調(diào)速器能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定使用。

附圖說(shuō)明

圖1為永磁體雙面強(qiáng)制冷卻型永磁調(diào)速器垂直剖面圖。

圖2為永磁體雙面強(qiáng)制冷卻型永磁調(diào)速器磁體盤2右視圖。

圖1和圖2中，1為導(dǎo)體盤,2為磁體盤,3為永磁體,4為翅片，5為通風(fēng)孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如附圖1和附圖2所示，永磁體雙面強(qiáng)制冷卻型永磁調(diào)速器，主要包括導(dǎo)體盤1，磁體盤2，眾多永磁體3，眾多翅片4和眾多通風(fēng)孔5。永磁體3嵌入磁體盤2內(nèi)。除永磁體3外，磁體盤2材料為導(dǎo)電性良好的非鐵磁性材料鋼材。導(dǎo)體盤1材料為導(dǎo)電性良好的銅材或鋁材。磁體盤2左端面與導(dǎo)體盤1右端面之間存在一個(gè)氣隙空間。磁體盤2可在軸套上加裝滑動(dòng)軸承和調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體盤1與磁體盤2之間氣隙空間寬度調(diào)節(jié)，即導(dǎo)體盤1右端面與磁體盤2左端面之間水平方向間距調(diào)節(jié)，以改變磁力線作用面積，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。

通風(fēng)孔5呈扇形狀，通風(fēng)孔5周向均布在磁體盤2端面中心區(qū)域，數(shù)量為3～8個(gè)。磁體盤2右端面上通風(fēng)孔5內(nèi)弧在同一圓周上，外弧在同一圓周上，兩個(gè)圓周為以磁體盤2右端面中心為圓心的同心圓。通風(fēng)孔5寬度為0.4～0.6倍磁體盤2右端面半徑。通風(fēng)孔5設(shè)置不影響磁體盤2與風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)負(fù)載軸的連接，也不影響磁體盤2永磁體3的布置。相鄰兩通風(fēng)孔5間壁寬度能保證磁體盤2轉(zhuǎn)動(dòng)所必須承受的機(jī)械強(qiáng)度。磁體盤2設(shè)置通風(fēng)孔5,一方面可以供氣隙空間內(nèi)熱風(fēng)軸向流出氣隙空間，另一方面可以有效減輕磁體盤2重量，提高扭矩傳遞效率，減少對(duì)軸及軸承的徑向危害。

翅片4為由厚1mm～2mm薄銅片或薄鋁片加工制成的散熱翅片。翅片4呈直角梯形狀，翅片4下底長(zhǎng)度是上底長(zhǎng)度的1～3倍，翅片4直角腰周向均勻固定在磁體盤2右端面上，翅片4垂直于磁體盤2右端面，向翅片4直角腰和磁體盤2右端面半徑線共線，翅片4呈向外均勻輻射狀固定在磁體盤2右端面上，翅片4上底和磁體盤2右端面上的通風(fēng)孔5外弧所處圓周垂直相交，翅片4下底和磁體盤2右端面最外圓周垂直相交。

永磁體3呈扇形、矩形、橢圓形或圓形。磁體盤2左端面開有眾多安裝孔，永磁體3固定在安裝孔內(nèi)，嵌入磁體盤2的永磁體3左端面在磁體盤2左端面上，永磁體3周圍的磁體盤2材料為鋼材以封閉磁場(chǎng)。永磁體3嵌入磁體盤2時(shí)，按“磁體異極相鄰安裝”原則安裝，最大限度減少永磁體3磁力線之間干擾影響。

導(dǎo)體盤1通過(guò)軸套軸承和電機(jī)主軸相連接，磁體盤2通過(guò)軸套軸承和風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)軸相連接。磁體盤2上永磁體3分N、S極相鄰排布，磁力先穿過(guò)相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)體盤1,當(dāng)兩者之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體盤1分別切割磁力線，在導(dǎo)體盤1中產(chǎn)生渦電流，渦電流進(jìn)而產(chǎn)生反感磁場(chǎng)，阻止兩者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩者之間的扭矩傳遞。電機(jī)主軸帶動(dòng)導(dǎo)體盤1旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁體盤2永磁體3產(chǎn)生的磁力線對(duì)導(dǎo)體盤1進(jìn)行磁力線切割，在導(dǎo)體盤1內(nèi)形成交變渦電流，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)磁場(chǎng)，形成相互作用的磁極，從而帶動(dòng)磁體盤2同向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力無(wú)接觸傳送、柔性啟動(dòng)、無(wú)級(jí)變速并能隔離振動(dòng)，可重復(fù)的、可調(diào)整的、可控制的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，調(diào)速節(jié)能等目的。兩者之間穿過(guò)的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，相對(duì)運(yùn)動(dòng)越快，轉(zhuǎn)速差越大，傳遞扭矩也就越大。

翅片4既提供強(qiáng)化磁體盤2右端面散熱的擴(kuò)展散熱表面，又驅(qū)動(dòng)磁體盤2右斷面附近區(qū)域空氣高速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。翅片4厚1mm～2mm能承受驅(qū)動(dòng)空氣高速旋轉(zhuǎn)時(shí)承受的扭矩作用而不致于受損變形。隨磁體盤2一起高速旋轉(zhuǎn)的翅片4在快速冷卻永磁體3右端面同時(shí)，驅(qū)動(dòng)磁體盤2右端面外側(cè)空氣作同向等速旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，形成圓錐體狀空氣高速旋流流動(dòng)區(qū)域，高速旋流風(fēng)使得磁體盤右端面通風(fēng)孔區(qū)域即錐頂區(qū)域呈現(xiàn)一定負(fù)壓，該負(fù)壓強(qiáng)有力地抽吸氣隙空間內(nèi)因吸收永磁體3全部生熱而形成的大量熱風(fēng)，外界等量冷風(fēng)從磁體盤2邊緣快速流入氣隙空間內(nèi)，冷風(fēng)快速流過(guò)氣隙空間即快速冷卻永磁體3左端面，使氣隙空間內(nèi)始終無(wú)積熱，永磁體3溫度始終低于80℃，保證永磁渦流感應(yīng)效應(yīng)始終不減弱，從而保持始終穩(wěn)定不變的負(fù)載軸轉(zhuǎn)速。

本實(shí)用新型通風(fēng)孔5可以開設(shè)在導(dǎo)體盤1端面中心區(qū)域上。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)特征及其有益綜合效果詳細(xì)描述如下：

實(shí)用新型結(jié)構(gòu)特征是“磁體盤端面中心區(qū)域設(shè)置多個(gè)扇形通風(fēng)孔且邊緣區(qū)域周向均布內(nèi)低外高梯形翅片”。實(shí)用新型磁體盤2端面中心區(qū)域被鏤空成通風(fēng)孔5，邊緣區(qū)域設(shè)計(jì)成“永磁體3-鋼板”結(jié)構(gòu)，永磁體3外表面接氣隙空間、鋼板外表面接翅片4，翅片4為沿磁體盤2右端面半徑線呈向外均勻輻射狀布置的系列翅片4，翅片4內(nèi)低外高。目前常規(guī)永磁調(diào)速器永磁體背面布置矩形翅片者居多,通常是盤或圓筒的一面塞進(jìn)永磁體,另一面布滿了矩形翅片，翅片僅僅拓展了永磁體背后鋼板散熱表面積，通過(guò)翅片的散熱以自然對(duì)流散熱途徑為主，散熱速度跟不上永磁體生熱速度，在大功率高轉(zhuǎn)速條件下避免不了永磁體升溫退磁問(wèn)題。CN203261222U導(dǎo)體圓筒外表面均勻布滿了矩形翅片，翅片高速轉(zhuǎn)動(dòng)形成不了負(fù)壓區(qū)，更談不上驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體圓筒和磁體盤之間氣隙空間熱風(fēng)順利流出，翅片主要功能僅僅是以自然對(duì)流方式帶走導(dǎo)體圓筒吸熱。CN203261222U導(dǎo)體圓筒端面中心區(qū)域開設(shè)了通風(fēng)孔，但通風(fēng)孔口外側(cè)正對(duì)的是輔助風(fēng)機(jī)，吸引一定量的冷風(fēng)掃過(guò)整個(gè)永磁調(diào)速器，可完成一定量的永磁調(diào)速器整體散熱冷卻任務(wù)，但風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，在導(dǎo)體圓筒端面中心區(qū)域內(nèi)形成的負(fù)壓小，難以抽吸出氣隙空間內(nèi)大量熱風(fēng)，另外使永磁調(diào)速器結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，額外增加風(fēng)機(jī)電力消耗，降低了永磁調(diào)速器節(jié)能效益。本實(shí)用新型磁體盤2端面中心區(qū)域鏤空設(shè)計(jì)，能將翅片4驅(qū)動(dòng)的旋風(fēng)負(fù)壓抽吸力作用到氣隙空間內(nèi)，進(jìn)而使氣隙空間內(nèi)熱風(fēng)順利流出。鋼板導(dǎo)熱性能良好，能將永磁體3生熱快速傳遞到鋼板外表面。輻射狀布置的翅片內(nèi)低外高，在磁體盤右端面附近形成圓錐狀高速旋流氣流，負(fù)壓值最大的錐頂落在磁體盤2端面中心區(qū)域即通風(fēng)孔區(qū)域，強(qiáng)化了氣隙空間內(nèi)散熱，即加快永磁體3外表面對(duì)流散熱速度。翅片4轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的高速旋流氣流也會(huì)高速掃過(guò)翅片4表面，用強(qiáng)制對(duì)流換熱過(guò)程替代常規(guī)永磁體背面翅片自然對(duì)流換熱過(guò)程，無(wú)疑提高了氣壁對(duì)流換熱系數(shù)，強(qiáng)化了翅片4散熱功能。翅片4既是永磁體3背面拓展散熱體，又為錐形旋風(fēng)區(qū)形成提供原動(dòng)力，即永磁體3外表面強(qiáng)制對(duì)流換熱動(dòng)力。翅片4提供了永磁體3生熱散失的原動(dòng)力。由翅片4驅(qū)動(dòng)的排走永磁體3生熱具有“排熱過(guò)程自啟動(dòng)、排熱速度自適應(yīng)調(diào)整”兩個(gè)特征。磁體盤2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，永磁體3開始生熱即開始需要排熱，此時(shí)錐形旋風(fēng)區(qū)已形成并開始發(fā)揮排熱功能，無(wú)需額外風(fēng)機(jī)作用。此后磁體盤2轉(zhuǎn)速越快，永磁體渦感應(yīng)生熱越多，錐形旋風(fēng)旋流強(qiáng)度越大，和鋼板連接的翅片4對(duì)流散熱也越多，氣隙空間熱風(fēng)流出帶熱也越多，永磁體3生熱和散熱達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，永磁體3溫度始終處于低于80℃溫度狀態(tài)。排走永磁體3全部生熱相關(guān)的永磁體3、眾多翅片4和眾多通風(fēng)孔5全部集中于磁體盤2一體，使磁體盤2為新型高度緊湊式等溫永磁體盤。實(shí)用新型技術(shù)特征一是旋風(fēng)抽吸氣隙空間內(nèi)高溫氣流；二是自啟動(dòng)永磁體3強(qiáng)制對(duì)流散熱；三是永磁體3生熱散失速度和磁體盤2轉(zhuǎn)速正相關(guān)；四是從永磁體內(nèi)外兩側(cè)同時(shí)強(qiáng)制對(duì)流散熱；五是高強(qiáng)度強(qiáng)制排走永磁體生熱。實(shí)用新型結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)特征直接形成的有益綜合效果一是永磁體溫度始終低于80℃；二是永磁渦感應(yīng)強(qiáng)度恒定不變，扭矩及轉(zhuǎn)速恒定不變；三是風(fēng)冷型永磁耦合器功率上限能提高到5000kW等。

高電壓等級(jí)、大功率、高轉(zhuǎn)速電機(jī)系統(tǒng)中力負(fù)荷傳遞、轉(zhuǎn)速傳遞或扭矩傳遞可控調(diào)節(jié)工業(yè)應(yīng)用，電機(jī)系統(tǒng)永磁耦合調(diào)速節(jié)能新裝置加工制造，風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)及電力拖動(dòng)裝置永磁耦合調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造等場(chǎng)所，均可以使用本實(shí)用新型。

工業(yè)應(yīng)用表明：實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝簡(jiǎn)單、高效緊湊、加工安裝調(diào)試便捷，排熱能力強(qiáng)，永磁體冷卻效果可靠，傳遞扭矩大，永磁體溫度始終低于80℃，負(fù)載軸轉(zhuǎn)速恒定不變，5000kW以內(nèi)電機(jī)系統(tǒng)風(fēng)冷型永磁調(diào)速器及耦合器能長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，替代閥門擋風(fēng)板調(diào)控流量裝置使用時(shí)相對(duì)節(jié)電率高達(dá)45％。