本發(fā)明涉及一種風(fēng)機(jī)，尤其涉及一種立式直聯(lián)風(fēng)機(jī)。屬于空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)分支——風(fēng)機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，風(fēng)機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀大多數(shù)是利用電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)力，帶動(dòng)兩維葉輪將氣吸入壓縮在排出去的工作原理。普遍應(yīng)用于通風(fēng)、排煙、污水處理、物料運(yùn)輸、等領(lǐng)域。

常見的風(fēng)機(jī)，主要由電動(dòng)機(jī)、葉輪、風(fēng)機(jī)殼體等幾部分組成，是利用離心葉輪結(jié)構(gòu)達(dá)到將氣體增壓，但目前大多數(shù)風(fēng)機(jī)是低速的3000轉(zhuǎn)每分鐘以下，雖然在一些電動(dòng)工具和吸塵器中有使用串激式電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高但干擾大、壽命短、效率低將逐步被淘汰。其中，離心式風(fēng)機(jī)，主要由軸、離心式葉輪、轉(zhuǎn)子、定子、軸承、機(jī)殼等零件組成。但現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)由于是50HZ交流電源供電，所以原動(dòng)力電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，造成現(xiàn)有風(fēng)機(jī)多在低速段工作，出現(xiàn)效率低、體積大、壓比小的現(xiàn)狀，對(duì)于在要求高轉(zhuǎn)速、高壓比、大流量、壽命長的情況下，不能滿足高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的需要，目前離心式高速渦輪制冷和機(jī)動(dòng)車電助力空氣增壓器也是非常急需高速風(fēng)機(jī)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有設(shè)計(jì)的不足，本發(fā)明公開一種立式直聯(lián)風(fēng)機(jī)，通過將無刷直流電機(jī)與三維葉輪集成為一體，三維葉輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接并立式安裝，由定子線圈直接驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子帶動(dòng)三維曲面葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高速穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)機(jī)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種立式直聯(lián)風(fēng)機(jī)，包括：軸、軸承、永磁轉(zhuǎn)子、定子線圈、葉輪和葉輪殼；軸通過軸承安裝在葉輪殼上，永磁轉(zhuǎn)子、葉輪與軸固定連接；與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)設(shè)置的定子線圈與葉輪殼固定連接；葉輪置于葉輪殼內(nèi)；所述葉輪為三維曲面葉輪，所述定子線圈為無鐵芯線圈。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地:

本發(fā)明中，永磁轉(zhuǎn)子及對(duì)應(yīng)設(shè)置的定子線圈可采用兩種分布方式：

方式一：軸向式分布，永磁轉(zhuǎn)子的永磁體按軸的軸向繞軸分布排列，即永磁轉(zhuǎn)子呈圓筒狀，與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)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(yīng)的圓筒狀。

方式二：徑向式分布，永磁轉(zhuǎn)子按軸的徑向分布排列，即永磁轉(zhuǎn)子呈盤狀，與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的定子線圈也可按軸的徑向繞軸分布排列，即定子線圈也呈相應(yīng)盤狀。

徑向分布式結(jié)構(gòu)優(yōu)于軸向分布式結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽饔昧γ婷娣e等于半徑的平方乘上π，半徑的增大等于增加力臂的長度，同樣的消耗磁鐵量輸出扭矩增大。

所述永磁轉(zhuǎn)子及定子線圈采用軸向式分布，即永磁轉(zhuǎn)子呈圓筒狀、定子線圈也呈相應(yīng)的圓筒狀。還設(shè)有導(dǎo)磁體筒；當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子在定子線圈內(nèi)時(shí)，導(dǎo)磁體筒套裝于定子線圈外側(cè)；當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子在定子線圈外時(shí)，導(dǎo)磁體筒置于定子線圈內(nèi)側(cè)。導(dǎo)磁體筒隨永磁轉(zhuǎn)子一同轉(zhuǎn)動(dòng)。

永磁轉(zhuǎn)子及定子線圈置于葉輪本體的空腔內(nèi)，葉輪本體上設(shè)有空腔的散熱通風(fēng)通道。

所述永磁轉(zhuǎn)子采用徑向式分布，即永磁轉(zhuǎn)子呈盤狀，永磁轉(zhuǎn)子設(shè)于定子線圈的一側(cè)。還包括導(dǎo)磁體盤，導(dǎo)磁體盤與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)稱設(shè)于定子線圈的另一側(cè)。

在葉輪后側(cè)安裝有徑向?qū)Я魅~片，導(dǎo)流葉片通過后板與葉輪殼固定。

還包括二級(jí)葉輪，二級(jí)葉輪與軸固定連接，在葉輪和二級(jí)葉輪間設(shè)有導(dǎo)向器。

與軸端頭對(duì)應(yīng)設(shè)有限位塊，限位塊與葉輪殼固定連接，限位塊與軸端頭有間隙；在限位塊與軸端頭間裝還可安裝有限位滾珠。

通過將無刷直流電機(jī)與葉輪集成為一體，葉輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子直接聯(lián)接并立式安裝，使葉輪和轉(zhuǎn)子重力與三維曲面葉輪工作時(shí)產(chǎn)生的升力平衡、最大限度的減小軸承上的軸向力；由于本風(fēng)機(jī)工作在高轉(zhuǎn)速，裝機(jī)前都嚴(yán)格的做好動(dòng)平衡，所以徑向的不平衡力很小，這樣高速風(fēng)機(jī)的機(jī)械軸承工作時(shí)始終處于雙向平衡狀態(tài)，并且向上方向設(shè)有限位滾珠，各個(gè)方向均受力最小，基本處于自由轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，所以壽命更長。

由無鐵芯定子線圈直接驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子帶動(dòng)三維曲面葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可達(dá) 10000rpm至40000rpm以上。現(xiàn)在的機(jī)械軸承已經(jīng)能夠達(dá)到這一轉(zhuǎn)速，所以使用機(jī)械高速軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低，直聯(lián)使軸跨距短成為剛性軸運(yùn)行，特別是徑向式高速電機(jī)結(jié)構(gòu)軸向更短、更容易實(shí)現(xiàn)高速穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明采用了高效直流無刷無鐵芯電機(jī)原理，定子線圈和永磁轉(zhuǎn)子耦合，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成了直流無刷無鐵芯電機(jī)，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器給定子線圈通以電流，利用定子線圈形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，進(jìn)而直接驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子帶動(dòng)軸和葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)；和無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器配套使用，啟動(dòng)電流小、無鐵損、扭矩大、功率因數(shù)高、對(duì)電網(wǎng)沖擊小、并且提高了電機(jī)效率。由線圈直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子和葉輪不僅節(jié)約了高速聯(lián)軸器，降低了成本，并提高了系統(tǒng)效率，重量減輕，具有部件少、體積小的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，在定子線圈的另一側(cè)設(shè)有的導(dǎo)磁體筒或?qū)Т朋w盤，使定子線圈另一側(cè)的磁場(chǎng)產(chǎn)生回路，增加定子線圈中的磁通密度，并且導(dǎo)磁體與永磁轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，消除了磁力線產(chǎn)生的阻力扭矩，也避免了產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，同時(shí)大大減小了高頻發(fā)熱，使得永磁轉(zhuǎn)子能高速的旋轉(zhuǎn)，葉輪采用三維曲面葉輪，較小的直徑更便于高速工作，可高效地產(chǎn)生高壓比的風(fēng)，可廣泛用于航空環(huán)境控制、車輛空調(diào)、礦井通風(fēng)、溫室降溫、食品速凍、吸塵器、物料運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，也可代替現(xiàn)有家用空調(diào)。

附圖說明

圖1本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖2本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖3本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖4本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖5本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖6本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)剖視示意圖

圖7本發(fā)明徑向?qū)Я魅~片示意圖

圖中標(biāo)記：11-軸，12-軸承,13-徑向?qū)Я魅~片，14-限位塊，15-限位珠，21-永磁轉(zhuǎn)子，22-定子線圈，23-導(dǎo)磁體筒或?qū)Т朋w盤 31-葉輪，32-葉輪殼，33-后板，34-二級(jí)葉輪，35-導(dǎo)向器。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖，對(duì)立式直聯(lián)風(fēng)機(jī)的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明。

立式直聯(lián)風(fēng)機(jī)，包括：軸11、軸承12、永磁轉(zhuǎn)子21、定子線圈22、葉輪和31葉輪殼32；軸通過軸承安裝在葉輪殼上，永磁轉(zhuǎn)子、葉輪與軸固定連接；與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)設(shè)置的定子線圈與葉輪殼固定連接；葉輪置于葉輪殼內(nèi)；所述葉輪為三維曲面葉輪，所述定子線圈為無鐵芯線圈。

軸承12安裝在軸11和支架之間，永磁轉(zhuǎn)子21、葉輪31與軸11固定連接；與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)設(shè)置的定子線圈22與支架固定連接；葉輪殼32和支架固定連接。用于安裝上部軸承的支架設(shè)有進(jìn)氣通道，下部軸承安裝在葉輪殼的后板33上。

現(xiàn)舉出幾種較佳的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施并不限于以下實(shí)施例所列舉的形式。

實(shí)施例1永磁轉(zhuǎn)子軸向式分布，風(fēng)機(jī)立式布置。

參見圖1，永磁轉(zhuǎn)子21及定子線圈22均采用軸向式分布，永磁轉(zhuǎn)子的永磁體按軸的軸向繞軸分布排列，與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的定子線圈也按軸的軸向繞軸分布排列，即永磁轉(zhuǎn)子及定子線圈均呈圓筒狀；在與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)稱的定子線圈的外側(cè)設(shè)有導(dǎo)磁體筒23，永磁轉(zhuǎn)子21、定子線圈22及導(dǎo)磁體筒23置于葉輪31本體的空腔內(nèi)，導(dǎo)磁體筒23與葉輪本體固定連接，隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。并且永磁轉(zhuǎn)子21與導(dǎo)磁體筒23位置可以互換。

軸的上端頭與限位塊14之間設(shè)置有限位滾球15；軸下部端頭設(shè)另一組限位塊14和限位滾球15。

導(dǎo)磁體使定子線圈另一側(cè)的磁場(chǎng)產(chǎn)生回路，增加定子線圈22中的磁通密度，并且導(dǎo)磁體這個(gè)回路與永磁轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，消除了磁力線產(chǎn)生的阻力扭矩，也消除了導(dǎo)磁體回路中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，同時(shí)大大減小了高頻發(fā)熱，使得永磁轉(zhuǎn)子能高效高速地旋轉(zhuǎn)。葉輪采用高效的三維曲面葉輪，較小的直徑更便于高速工作。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速可達(dá)到35000rpm以上，風(fēng)壓比可達(dá)到2.5以上。

實(shí)施例2永磁轉(zhuǎn)子徑向式分布，本實(shí)施例立式布置。

參見圖2，葉輪、軸及葉輪殼基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，特別之處在于：永 磁轉(zhuǎn)子徑向式分布，永磁轉(zhuǎn)子按軸的徑向分布排列，永磁轉(zhuǎn)子呈盤狀，永磁轉(zhuǎn)子盤置于葉輪后。對(duì)應(yīng)的定子線圈為集中繞組、也按軸的徑向繞軸分布排列。此結(jié)構(gòu)適合于大扭矩稍低轉(zhuǎn)速的風(fēng)機(jī)采用。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速可達(dá)到15000rpm以上。風(fēng)壓比可達(dá)到1.5以上。

實(shí)施例3

參見圖3，基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相似，特別之處在于：定子線圈也呈扁平的盤狀，在與永磁轉(zhuǎn)子對(duì)稱的定子線圈的另一側(cè)設(shè)有導(dǎo)磁體盤23，該導(dǎo)磁體盤與軸固定連接，定子線圈22介于永磁轉(zhuǎn)子21與導(dǎo)磁體盤23之間；在葉輪后側(cè)安裝有徑向?qū)Я魅~片13，導(dǎo)流葉片通過后板33與葉輪殼固定。

通過定子線圈也呈扁平的盤狀，達(dá)到增加扭矩縮小軸向距離使軸系工作在剛性狀態(tài)、減小臨界效應(yīng)、增大扭矩的目的。

實(shí)施例4

參見圖4，基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，特別之處在于：永磁轉(zhuǎn)子和定子線圈未置于葉輪本體內(nèi)，而是置于軸的上端部，永磁轉(zhuǎn)子21套裝在定子線圈22外，導(dǎo)磁體筒23置于定子線圈內(nèi)與軸固定連接并隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)；在葉輪后側(cè)安裝有徑向?qū)Я魅~片13，導(dǎo)流葉片通過后板33固定在葉輪殼上。由于是進(jìn)風(fēng)口，電機(jī)置于此處，有利于電機(jī)的散熱，此結(jié)構(gòu)更適合于大功率、大扭矩的場(chǎng)合。

實(shí)施例5

參見圖5，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，增加了二級(jí)葉輪。

基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1中相似，此外，在原有葉輪31后又增加了二級(jí)葉輪34，且在葉輪31和二級(jí)葉輪34之間設(shè)有導(dǎo)向器35，二級(jí)葉輪與軸固定連接，導(dǎo)向器35通過支架與葉輪殼連接。

在同等轉(zhuǎn)速的情況下，實(shí)現(xiàn)增壓一倍的功能，提高了電機(jī)利用率，使同轉(zhuǎn)速電機(jī)達(dá)到更高壓比的目的。

實(shí)施例6

參見圖6，在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，做了結(jié)構(gòu)調(diào)整

基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3中相似，不同之處在于，軸上的兩組軸承均安裝于軸的后端。軸端頭不安裝軸限位塊14和限位滾球15。并且根據(jù)安裝需要永磁轉(zhuǎn)子21與導(dǎo)磁體盤23的位置可以互換。

此結(jié)構(gòu)在小功率風(fēng)機(jī)制造時(shí)易于安裝調(diào)試，兩個(gè)軸承在一側(cè)安裝同心度好、精度高、節(jié)約了上軸承支架。

本發(fā)明采用機(jī)械軸承、立式安裝，并且將直流無刷驅(qū)動(dòng)器直接安裝在風(fēng)機(jī)葉輪后板上，既減小了體積、又節(jié)約了驅(qū)動(dòng)器的散熱器、而且葉輪后板的葉輪側(cè)安裝有無鐵芯定子線圈并且線圈徑向外側(cè)設(shè)有徑向?qū)Я魅~，在風(fēng)的高速流動(dòng)作用下驅(qū)動(dòng)器的電子元件和定子線圈都能更好的散熱，使電器元件負(fù)載能力更強(qiáng)，機(jī)電一體化融合結(jié)構(gòu)這也是本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，轉(zhuǎn)速可達(dá)到60000rpm以上，風(fēng)壓比可達(dá)到3.0以上。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實(shí)施例，并非因此局限本發(fā)明的專利范圍，故凡是運(yùn)用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本發(fā)明的保護(hù)范圍。