水冷式导体转子、永磁涡流调速器和永磁涡流耦合器

摘要

本发明提供了一种水冷式导体转子、永磁涡流调速器和永磁涡流耦合器，该水冷式导体转子含有壳体(4)和空心轴(3)，壳体(4)和空心轴(3)同轴设置并且壳体(4)与空心轴(3)的一端固定连接，空心轴(3)内设有冷却水主管线(31)，空心轴(3)上设有进水口(32)，壳体(4)的侧壁内设有冷却水支管线(41)，壳体(4)内沿该导体转子的径向依次设有多个射水口(42)，进水口(32)依次通过冷却水主管线(31)和冷却水支管线(41)与射水口(42)连通。含有该水冷式导体转子的该水冷式永磁涡流调速器和永磁涡流耦合器能够向永磁体的中心部位和气隙内喷射冷却水，整个永磁体均能够被冷却降温，降温效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及永磁传动设备技术领域，具体的是一种水冷式导体转子，还是一种含有该水冷式导体转子的水冷式永磁涡流调速器，更是一种含有该水冷式导体转子的水冷式永磁涡流耦合器。

背景技术

永磁涡流调速器以其安全、可靠、节能、环保等优势逐步得到广泛引用，它是利用电磁感应基本原理，通过非接触式磁耦合实现动力传输，通过电磁气隙的改变调整输出轴的转速。

永磁涡流调速器的结构主要由导体转子、永磁转子和控制器三部分组成。导体转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，导体转子和永磁转子之间有间隙(称为气隙)。这样电动机和负载由原来的硬(机械)连接转变为软(磁)连接，通过调节永磁体和铜导体之间的气隙就可实现负载轴上的输出转矩变化，从而实现负载转速变化，用不同方式对气隙进行控制。其工作原理是：当电机旋转时，带动永磁调速器的导体转子在永磁转子所产生的强磁场中切割磁力线，导体中产生涡电流，该涡电流受到磁场力的作用，形成电磁阻尼，带动负载运动，从而实现了电机与负载之间的扭矩传输。

导体转子内的电涡流会导致转子发热，温度升高，当永磁体超过一定温度时，会发生消磁，致使调速器失效。调速器传递的功率越大，其产生的电涡流也越大，铜导体发热越厉害。目前对功率较大的调速器，通常采用水冷式结构，通过引入外部有压水源，向工作气隙喷射冷却水，实现降温。

目前使用的水冷式结构主要是喷射式降温。这种降温方式是将调速器密闭在一筒形容器内，输入轴和输出轴均由轴承支撑，在筒体上调速器铜盘对应位置处设置喷嘴，由外部引入的有压冷却水喷到铜盘表面进行冷却，在离心力作用下，冷却后的水会被甩到筒体内表面，被搜集后由排水口排出。

这种结构中冷却水是从外部向内喷射，在导体盘高速旋转的离心力作用下，冷却水很难深入到铜盘的中心地带，造成不均匀冷却，铜盘外缘因冷却水的充分覆盖而得到较好的冷却效果，而内部靠旋转中心部分因冷却水很少到达造成冷却效果不佳，热量散失不充分。

发明内容

为了解决永磁转子高速旋转时中心地带无法水冷的技术问题。本发明提供了一种水冷式导体转子、永磁涡流调速器和永磁涡流耦合器，该水冷式导体转子在导体转子的壳体上开设水道，引入有压水源，在导体转子的壳体内开设射水口，向永磁体和气隙内喷射冷却水，整个永磁体均能够被冷却降温，降温效果好，冷却水在高速离心力作用下被甩出。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：一种水冷式导体转子，含有壳体和空心轴，壳体和空心轴同轴设置并且壳体与空心轴的一端固定连接，空心轴内设有冷却水主管线，空心轴上设有进水口，壳体的侧壁内设有冷却水支管线，壳体内沿该导体转子的径向依次设有多个射水口，进水口依次通过冷却水主管线和冷却水支管线与射水口连通。

多个进水口设置在空心轴的两端之间，该多个进水口在空心轴的周向均匀分布，冷却水主管线沿空心轴的轴向设置并且冷却水主管线位于空心轴的中心。

空心轴外套设有冷却水套，冷却水套的内径大于空心轴的外径，空心轴能够相对于冷却水套转动，冷却水套的两端均与空心轴转动密封连接，冷却水套上设有冷却水入口，冷却水入口与进水口连通。

该导体转子的壳体包括设置在壳体一端的第一导体安装盘、设置壳体外周的周向导体固定套，第一导体安装盘的内表面设有第一端面导体，该周向导体固定套内含有径向导体。

冷却水支管线包括设置在第一导体安装盘内的多个支线喷射单元，支线喷射单元包括沿第一导体安装盘径向设置的径向水道和与径向水道连通的多条弧形水道，多条弧形水道的圆心为第一导体安装盘的圆心，射水口与弧形水道连通。

多条弧形水道中的最外侧的一条弧形水道的位置与该径向导体和径向永磁体之间的气隙的位置相对应，多条弧形水道中除了最外侧的一条弧形水道以外剩余的弧形水道的位置与第一端面永磁体的位置相对应，每个弧形水道上沿周向均匀分布有多个射水口；多条弧形水道中的最外侧的一条弧形水道上的射水口能够向该径向导体和该径向永磁体之间的气隙喷水，多条弧形水道中除了最外侧的一条弧形水道以外剩余的弧形水道上的射水口能够向第一端面永磁体喷水。

该周向导体固定套包括沿导体转子的轴向依次设置的第一导体安装套和第二导体安装套，第一导体安装套和第二导体安装套之间通过固定套连接件连接固定，该径向导体包括设置在第一导体安装套内表面的第一径向导体和设置在第二导体安装套内表面的第二径向导体，冷却水支管线包括依次连通的第一导体安装套内的轴向水道、该固定套连接件内的轴向水道和第二径向导体内的轴向水道。

该导体转子的壳体还包括设置在壳体另一端的第二导体安装盘，第二导体安装盘的内表面设有第二端面导体，第一导体安装盘和第二导体安装盘同轴设置，冷却水支管线还包括设置在第二导体安装盘内的多个支线喷射单元，设置在第二导体安装盘内的支线喷射单元包括沿第二导体安装盘径向设置的径向水道和与径向水道连通的多条弧形水道，多条弧形水道的圆心为第二导体安装盘的圆心，冷却水支管线还包括设置在该周向导体固定套内的轴向水道，设置在第二导体安装盘内的支线喷射单元和设置在第一导体安装盘内的支线喷射单元通过轴向水道连通。

一种水冷式永磁涡流调速器，该水冷式永磁涡流调速器含有上述的水冷式导体转子，该永磁涡流调速器还含有永磁转子，该永磁转子包括两个相互平行并且同轴设置的第一磁体安装盘和第二磁体安装盘，第一磁体安装盘和第二磁体安装盘上设有与该水冷式导体转子内的导体相对应的永磁体。

一种水冷式永磁涡流耦合器，该水冷式永磁涡流耦合器含有上述的水冷式导体转子，该永磁涡流耦合器还含有永磁转子，该永磁转子包括一个磁体安装盘，该磁体安装盘上设有与该水冷式导体转子内的导体相对应的永磁体。

本发明的有益效果是：

1、该水冷式永磁涡流调速器(或耦合器)改变了现有结构中由外向内喷水导致中心冷却不足的弊端，这种结构是沿铜盘径向分布的喷水口均匀向气隙内射水，避免了铜盘中心冷却不足；

2、由于水与铜盘的直接接触，冷却效果得到保证，特别是铜盘靠近旋转中心的位置能够得到较好的冷却。

附图说明

下面结合附图对本发明所述的水冷式永磁涡流调速器作进一步详细的描述。

图1是该水冷式永磁涡流调速器的装配图。

图2是图1中沿A-A方向的示意图。

图3是图1中A方向的示意图。

其中1.驱动轴连接器，2.冷却水套，21.冷却水入口，3.空心轴，31.冷却水主管线，32.进水口，4.壳体，41.冷却水支管线，42.射水口，43.支线喷射单元，44.径向水道，45.轴向水道，46.弧形水道，6.被动轴连接器；

51.第一导体安装盘，52.第一端面导体，53.第一端面永磁体，54.第一磁体安装盘，55.第一径向永磁体，56.第一径向导体，57.第一导体安装套，58.调整机构，59.第二导体安装套，510.第二径向导体，511.第二径向永磁体，512.第二磁体安装盘，513.第二端面永磁体，514.第二端面导体，515.第二导体安装盘，516.调整传动部件，517.调速器，519.条形通孔，520.连接件；

581.第一齿条，582.第二齿条，583.调节齿轮，584.安装传动盘，585.连接传动轴，586.齿轮转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述的水冷式永磁涡流调速器作进一步详细的说明。一种水冷式导体转子，该水冷式导体转子含有壳体4和空心轴3，壳体4和空心轴3同轴设置(即壳体4的轴线和空心轴3的轴线重合)并且壳体4与空心轴3的一端固定连接，空心轴3内设有冷却水主管线31，空心轴3上设有进水口32，壳体4的侧壁内设有冷却水支管线41，壳体4内沿该导体转子的径向依次设有向该导体转子内喷水的多个射水口42，进水口32依次通过冷却水主管线31和冷却水支管线41与射水口42连通,如图1和图2所示。

含有压力的冷却水能够依次经过进水口32、冷却水主管线31、冷却水支管线41后从射水口42射向永磁转子。该水冷式永磁涡流调速器改变了现有结构中由外向内喷水导致中心冷却不足的弊端，这种结构是沿铜盘径向分布的射水口42均匀向气隙内射水，射水口42与永磁转子中心的距离可以根据需要进行设置，避免了永磁转子中心的冷却不足；由于水与永磁转子直接接触，冷却效果得到保证，特别是永磁转子靠近旋转中心的位置能够得到较好的冷却。

多个进水口32设置在空心轴3的两端之间，该多个进水口32在空心轴3的周向均匀分布，冷却水主管线31沿空心轴3的轴向设置并且冷却水主管线31位于空心轴3的中心。空心轴3外套设有冷却水套2，冷却水套2的内径大于空心轴3的外径，工作时，冷却水套2保持不动，空心轴3能够相对于冷却水套2转动，冷却水套2的两端均与空心轴3转动密封连接，具体的该转动密封连接可以通过机械密封、填料密封实现或其他的密封方式实现，冷却水套2上设有冷却水入口21，冷却水入口21与进水口32连通。

该水冷式导体转子可以是现有的筒式结构或盘式结构，或该水冷式导体转子也可以是将筒式结构和盘式结构相结合的，在本实施例中，该水冷式导体转子就是将筒式结构和盘式结构相结合的，永磁体在径向和轴向同时充磁，铜导体在径向和端面同时切割磁力线，增加电磁阻尼。

即该导体转子的壳体4包括设置在壳体4一端的第一导体安装盘51、设置壳体4外周的周向导体固定套，第一导体安装盘51的内表面设有第一端面导体52，该周向导体固定套内含有径向导体，该永磁转子上设有与第一端面导体52相对应的第一端面永磁体53和与该径向导体相对应的径向永磁体。

冷却水支管线41包括设置在第一导体安装盘51内的多个支线喷射单元43，支线喷射单元43包括沿第一导体安装盘51径向设置的径向水道44和与径向水道44连通的多条弧形水道46，多条弧形水道46的圆心为第一导体安装盘51的圆心，即多条弧形水道46呈同心圆弧设置，射水口42与弧形水道46连通，如图2所示。

支线喷射单元43的数量根据该调速器的直径及功率确认，可设计为2个～8个支线喷射单元43，本实施例中为含有4个支线喷射单元43。

多条弧形水道46中的最外侧的一条弧形水道46的位置与该径向导体和该径向永磁体之间的气隙的位置相对应，多条弧形水道46中除了最外侧的一条弧形水道46以外剩余的弧形水道46的位置与第一端面永磁体53的位置相对应，每个弧形水道46上沿周向均匀分布有多个射水口42；如本实施例中，射水口42分别设置在弧形水道46的两端和中心。即多条弧形水道46中的最外侧的一条弧形水道46上的射水口42能够向该径向导体和该径向永磁体之间的气隙喷水，多条弧形水道46中除了最外侧的一条弧形水道46以外剩余的弧形水道46上的射水口42能够向第一端面永磁体53喷水。

该水冷式永磁涡流调速器运行过程中，由冷却水入口21引入有压冷水，经冷却水套2和冷却水主管线31进行分配，分别进入到4条径向水道44内，每条径向水道44的冷水又分为4条弧形水道46，在弧形水道46上均布有若干射水口42向工作气隙内喷射冷水，本实施例仅是以4弧形水道为例，当机构的功率有变化时，弧形水道的数量会根据需要进行变化。

该周向导体固定套可以是一个圆筒，该圆筒的筒壁内含有多条沿轴向设置的轴向水道45，或该周向导体固定套包括沿导体转子的轴向依次设置的第一导体安装套57和第二导体安装套59，第一导体安装套57和第二导体安装套59之间通过固定套连接件连接固定，该径向导体包括设置在第一导体安装套57内表面的第一径向导体56和设置在第二导体安装套59内表面的第二径向导体510，冷却水支管线41包括依次连通的第一导体安装套57内的轴向水道45、该固定套连接件内的轴向水道45和第二径向导体510内的轴向水道45。

在本实施例中，冷水经过4个轴向水道45将部分冷水引入到另一侧铜盘支撑盘(即第二导体安装盘512)内，第二导体安装盘512内的冷却水管线的设置和第一导体安装盘51内冷却水管线的设置基本相同。从而以同样的结构和喷射方式对气息气隙冷却。喷射出来的冷却水在离心力作用下甩出，由搜集装置搜集排出。另外，当机构较大时，该固定套连接件的数量变化时，则轴向水道45的数量也变化。这里轴向水道45、径向水道44的数量与该固定套连接件的数量相对应。

该导体转子的壳体4还包括设置在壳体4另一端的第二导体安装盘515，第二导体安装盘515的内表面设有第二端面导体514，第一导体安装盘51和第二导体安装盘515同轴设置(第一导体安装盘51的轴线和第二导体安装盘515的轴线)，冷却水支管线41还包括设置在第二导体安装盘515内的多个支线喷射单元43，设置在第二导体安装盘515内的支线喷射单元43包括沿第二导体安装盘515径向设置的径向水道44和与径向水道44连通的多条弧形水道46，多条弧形水道46的圆心为第二导体安装盘515的圆心，冷却水支管线41还包括设置在该周向导体固定套内的轴向水道45，设置在第二导体安装盘515内的支线喷射单元43和设置在第一导体安装盘51内的支线喷射单元43通过轴向水道45连通。第二导体安装盘515内的冷却水管线的设置和第一导体安装盘51内冷却水管线的设置相同。

一种水冷式永磁涡流调速器，该水冷式永磁涡流调速器含有上述的水冷式导体转子，该永磁涡流调速器还含有永磁转子，该永磁转子包括两个相互平行并且同轴设置的第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘54，第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘54上设有与该水冷式导体转子内的导体相对应的永磁体。

即该永磁转子包括相互平行的第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512，第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512同轴设置，该径向永磁体包括设置在第一磁体安装盘54边缘区域的第一径向永磁体55和设置在第二磁体安装盘512边缘区域的第二径向永磁体511，第一端面永磁体53设置在第一磁体安装盘54上并且位于第一径向永磁体55和第一磁体安装盘54的中心之间，第二磁体安装盘512上还设有第二端面永磁体513，第二端面永磁体513位于第二径向永磁体511和第二磁体安装盘512的中心之间，径向永磁体和端面永磁体之间设置磁阻断。第一径向永磁体55和第二径向永磁体511的N极和S极在图1中呈上下设置，第一端面永磁体53和第二端面永磁体513的N极和S极在图1中呈左右设置。

所述水冷式永磁涡流调速器还包括能够调节第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512之间轴向距离的调整机构58，调整机构58包括设置在第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512之间的至少一个调整单元，在本实施例中，在第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512之间沿周向设有3个调整单元，该调整单元包括与第一磁体安装盘54固定连接的第一齿条581、与第二磁体安装盘512固定连接的第二齿条582、设置在第一齿条581和第二齿条582之间并能够与第一齿条581和第二齿条582同时啮合的调节齿轮583，调节齿轮583通过齿轮转轴586固定在安装传动盘584内，调整机构58还包括用于安装调节齿轮583的安装传动盘584，如图1和图3所示。

使用时，驱动轴连接器1安装在电机轴上，第一导体安装盘51通过空心轴3与驱动轴连接器1连接固定，被动轴连接器6安装在被驱动机轴上。第一导体安装盘51、第一导体安装套57、第二导体安装套59、第二导体安装盘515、弧形的连接件520通过螺栓连接成一体，第一端面导体52、第一径向导体56、第二径向导体510、第二端面导体514个自通过螺钉分别固定连接在第一导体安装盘51、第一导体安装套57、第二导体安装套59、第二导体安装盘515上。第一端面永磁体53和第一径向永磁体55安装在第一磁体安装盘54上，第二径向永磁体511和第二端面永磁体513安装在第二磁体安装盘512上。电机通过驱动轴连接器1带动空心轴3和第一导体安装盘51、第一导体安装套57、第二导体安装套59、第二导体安装盘515、弧形的连接件520高速旋转。第一端面导体52、第一径向导体56、第二径向导体510、第二端面导体514分别切割第一端面永磁体53、第一径向永磁体55、第二径向永磁体511、第二端面永磁体513的磁力线产生涡电流，由涡电流产生的磁场同第一端面永磁体53、第一径向永磁体55、第二径向永磁体511、第二端面永磁体513的磁场产生4组电磁阻尼，从而带动带动第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512转动旋转，并通过调整机构58传动到连接传动轴585，由被动轴连接器6带动被驱动机旋转。

其中第一端面导体52和第一端面永磁体53之间存在间隙A1，第二端面永磁体513和第二端面导体514之间存在间隙A2。A1、A2为可变间隙，通过调速器517的调整(沿轴向移动)。第一径向永磁体55和第一径向导体56之间存在间隙R1和相对轴向位置P1，第二径向导体510和第二径向永磁体511之间存在间隙R2和相对轴向位置P2，R1和R2为固定间隙，P1和P2为可变位置量，其变化与A1、A2同步。调整机构58保证了第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512能够同步反向运动，从而保证了A1、P1与A2、P2的同步和反向变化。当A1、A2间隙最大时，P1、P2也最大，此时机构的电磁阻尼最小，输出轴转速为0。随着A1、A2间隙变小，P1、P2相对位置也变小，即第一径向永磁体55与第一径向导体56及第二径向导体510与第二径向永磁体511的重合度增加，气隙间的电磁阻尼逐渐增大，机构的传动功率随之增大，输出转速上升。当A1、A2达到最小时，P1、P2也最小，即第一径向永磁体55与第一径向导体56及第二径向导体510与第二径向永磁体511完全对正重合，气隙间的电磁阻尼达到最大，机构的传动功率最大化，输出转速最高。调速器517调整量由调整传动部件516传到第二磁体安装盘512，并通过调整机构58实现第二磁体安装盘512和第一磁体安装盘54的同步反向变换。

第一端面导体52、第一径向导体56、第二径向导体510和第二端面导体515均匀为铜制。第一导体安装盘51和第二导体安装盘515的结构相同，第一磁体安装盘54和第二磁体安装盘512的结构相同。该永磁涡流调速器分为水平安装的卧式结构和垂直安装的立式结构两种形式。

在第一安装套57的周向均匀分布有用于排水的多个条形通孔519，该条形通孔519位于第一安装套57和第一导体安装盘51的连接部位，该条形通孔519在该导体转子轴向的宽度与永磁调速器初始安装时按最小间隙A1计算的宽度相对应。在第二安装套59的周向均匀分布有用于排水的多个条形通孔519，该条形通孔519位于第二安装套59和第二导体安装盘512的连接部位，该条形通孔519在该导体转子轴向的宽度与永磁调速器初始安装时按最小间隙A2计算的宽度相对应。

上述内容仅介绍了该水冷式导体转子在水冷式永磁涡流调速器中的应用，该水冷式导体转子还可以在一种水冷式永磁涡流耦合器中应用，即本发明包括一种水冷式永磁涡流耦合器，该水冷式永磁涡流耦合器含有上述的水冷式导体转子，该永磁涡流耦合器还含有永磁转子，该永磁转子包括一个磁体安装盘，该磁体安装盘上设有与该水冷式导体转子内的导体相对应的永磁体，即该磁体安装盘上设有径向导体和端面导体，该径向导体设置在该磁体安装盘的边缘，该端面导体设置在该磁体安装盘的边缘和中心之间。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。