专利名称：镶铜式永磁涡流加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风能利用技术领域，特别涉及风能转化为热能的装置，是一种镶铜式永磁涡流加热装置。
背景技术：
目前，全球可利用的风能资源为200亿KW，为可利用水能的20倍。我国仅陆地上可利用风能就达2. 53亿KW。风能被誉为“取之不尽”、“用之不竭”的清洁的可再生能源。随着我国经济建设的迅速发展，对能源的需求急剧增长。然而，化石能源如石油、煤炭、天然气等却在逐年减少，能源问题已经成为制约我国乃至世界经济发展的瓶颈。为此，世界各国都已制定了可再生能源的开发利用规划。在可再生能源利用中，风能利用不仅处于十分重要的地位，而且具有十分光明的前景。风能可以转化为电能、机械能，为工农业生产和国防建设服务。然而，热能在整个能源利用中所占比重是非常大的，将风能转化为热能加以利用，在工业生产、生活、农牧业生产、野外和边防能量补给中也将发挥重要作用，意义更为重大。在工业上，可以用于石油炼制、化工，稠油注汽，边防上用于哨所取暖。在我国广大的农业和牧业地区，用于塑料大棚和水产养殖等特色农业，以及生活取暖等。迄今，可能通过三种主要方式风能转化为热能，首先，利用风力发电，再通过电热器发热。虽然，电能可以100%的转换为热能，但是风能转换为电能的效率却不高，加之风能不稳定，会引起电压波动，从设备的复杂性和经济性来考虑，这种方式不算合理；其次，通过风力机将风能转化为空气压能，再经过排气将热能带处加以利用。对于这种制热方式，空气被绝热压缩，温度、压力升高，在获得热能的同时，也获得了压力能，但需要两套不同形式的能量负载装置。为了提高制热量，设备和管道的尺寸也很庞大；第三，风能直接转化为热能，可分为固体摩擦致热、搅拌液体致热、以及利用导体切割磁力线产生电流再形成涡电流而致热等方式。搅拌致热和导体切割磁力线产生电流再形成涡电流而致热等方式的效率也不是很高。中国专利公告号CN101541112，提供了一种永磁式涡流加热技术，在机械力驱动下，永磁转子在等壁厚的圆桶型导磁性定子内做旋转运动，使导磁性定子内的磁场发生变化，引起导磁性定子产生涡流而发热。具有结构简单，造价低廉，发热效率高。中国专利公告号CN101534585，提供了一种励磁式涡流加热技术，涡流加热器由定子和励磁转子通过转子轴和轴承构成，在机械力驱动下励磁转子在定子内做旋转运动，使得定子内获得变化的磁场而引起涡流发热。
发明内容本实用新型的目的是提供一种镶铜式永磁涡流加热装置，在定子的内壁上有刻有一定深度和宽度的轴向槽并在轴向槽内镶嵌铜条，改变定子的结构，并使磁场聚集，提高磁场在定子中呈现周期性更高频率“通断”的变化，而且由于铜条的电导率远比磁钢的为高，故能在铜条中产生较大的电磁感应涡流，通过风力作用将风能转化为热能，达到高效能加热的目的。克服现有永磁式涡流加热装置光滑内壁定子中的磁场无聚集和变化慢的缺点，从而在金属发热体定子中产生较大的电磁感应涡流，进而提高了风能转化为热能的能
量转化效率。本实用新型采用的技术方案是镶铜式永磁涡流加热装置，包括定子、永磁转子、转子轴、轴承和铜条，其特征在于定子为圆筒形，定子有上底和下底，在定子的上底和下底中心位置分别固定有轴承，两个圆柱体形的转子轴分别穿过两个轴承，在两个转子轴的端部固定有一个永磁转子；所述的永磁转子为圆柱体形，永磁转子的中心线与定子中心线在同一条直线上；永磁转子外壁与定子内壁之间的距离在0. I I. Omm之间；在定子内壁上均勻分布有轴向槽，轴向槽的宽度在I. 0 6. Omm之间,轴向槽的深度在I. 0 6. Omm之间，两个相邻轴向槽的距离在2. 0 50. Omm之间；所述的轴向槽从定子内壁的顶端到定子内壁的底端。在轴向槽内镶嵌有铜条，轴向槽内镶嵌铜条的内侧面为圆弧形，圆弧形的直径与定子内壁直径相同。在定子内壁上并且在轴向槽的两端部有环形的横向槽，横向槽与轴向槽连通，在轴向槽内镶嵌有铜条，横向槽内镶嵌的铜条与轴向槽内镶嵌的铜条相互连接，横向 槽内镶嵌铜条的内侧面为圆弧形，圆弧的直径与定子内壁直径相同。机械力通过转子轴驱动永磁转子在内壁带有轴向槽的定子内做旋转运动，使得定子内获得变化的磁场而引起涡流发热。所述的轴向槽的横截面为扇形、燕尾形或长方形。所述的定子采用的是高导磁钢材，高导磁钢材包括10#、08#或A3钢；所述的永磁转子采用的是合金磁性材料，合金磁性材料包括AlNi (Co)、FeCr (Co)、FeCrMo, FeAlC,FeCo (V) (W)、Re-Co、Re-Fe, AlNi (Co)、FeCrCo, FeCrCo, PtCo, MnAlC, CuNiFe 或 AlMnAg ;所述的转子轴采用的材料是45#、40Cr、35CrMo或42SiMn。所述的轴向槽也可以加工成斜向槽，斜向槽的斜度在0 5°之间。在槽中镶嵌有铜条。(槽具有一定斜度的好处是转动平稳、减小噪音)参阅图1，镶铜式永磁涡流加热装置的工作原理是，当转动的动力施加到转轴3上时，永磁转子2就在导磁定子I内转动，形成周期性变化的转动磁场。由于定子I中加工了许多用来镶嵌铜条的槽子，就造会成转动磁场的聚集现象，而所镶嵌的相互连通的铜条就构成了“线圈”。由于铜的电阻率较低，磁场的聚集会在铜条所构成了“线圈”产生很大的感应涡电流而发热，同时导磁定子I中也会形成很大的感应涡流和磁化现象，而发出更多的热量。在定子的内壁上有刻有一定深度和宽度的轴向槽，改变定子的结构，并使磁场聚集，提高磁场在定子中呈现周期性高频率“通断”的变化，而且由于铜条的电导率远比磁钢的为高，故能在铜条中产生较大的电磁感应涡流，通过风力作用将风能转化为热能，达到高效能加热的目的。克服了现有永磁式涡流加热装置光滑内壁定子中的磁场无聚集和变化慢的缺点，从而在金属发热体定子中产生较大的电磁感应涡流，进而提高了风能转化为热能的能量转化效率。本实用新型的有益效果本实用新型镶铜式永磁涡流加热装置，改变了定子的结构，在定子的内壁上有刻有一定深度和宽度的轴向槽，使永磁体的磁场呈现周期性更高频率“通断”变化，提高磁场在定子中的变化率，能在金属发热体定子中产生较大的电磁感应涡流，通过风力作用将风能转化为热能，达到高效能加热的目的。克服了现有永磁式涡流加热装置定子中的磁场变化慢，能量转化效率低等不足。
图I是本实用新型镶铜式永磁涡流加热装置结构剖面示意图。图2是图I的A-A剖面示意图。图3是定子内壁的展开示意图。图4是定子内壁的展开示意图。图中，I-定子，2-永磁转子，3-转子轴，4-轴承，5-铜条。
具体实施方式
实施例I :以一个镶铜式永磁涡流加热装置为例，对本实用新型作进一步详细说明。参阅图I。本实用新型镶铜式永磁涡流加热装置，包括定子I、永磁转子2、转子轴
3和轴承4。定子I为圆筒形,定子I的高度为700mm,内径400mm,外径为420mm。定子I有上底和下底，在定子I的上底和下底中心位置分别固定有轴承4，两个圆柱体形的转子轴3分别穿过两个轴承4，在两个转子轴3的端部固定有一个永磁转子2 ;所述的永磁转子2为圆柱体形，永磁转子2的高度为500mm,外径为399_。永磁转子2的中心线与定子I中心线在同一条直线上；永磁转子2外壁与定子I内壁之间的距离为0.5mm。参阅图2。在定子I内壁上均勻分布有29条横截面为扇形的轴向槽,轴向槽宽度为3mm深度3mm。两个相邻轴向槽的距离约为40. 3mm ;在轴向槽内镶嵌有铜条5，轴向槽内镶嵌铜条5的内侧面为圆弧形，圆弧形的直径与定子I内壁直径相同。参阅图3。在定子I内壁上并且在轴向槽的两端部有环形的横向槽，横向槽与轴向槽连通，在轴向槽内镶嵌有铜条5，横向槽内镶嵌的铜条5与轴向槽内镶嵌的铜条5相互连接，横向槽内镶嵌铜条5的内侧面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。安装好后在外动力作用下以2000/分旋转，定子发出IOKW热量。定子I采用的是高导磁钢材，10#钢；永磁转子2采用的是合金磁性材料(Re-Fe)；所述的转子轴3采用的是45#钢。实施例2 :参阅图I。实施例2与实施例I不同点是定子I的高度为700mm，定子I内径为400mm,外径为420mm。轴向槽的横截面为燕尾形,轴向槽的最小宽度为3mm,深度为3mm，轴向槽的数量为27条，间距为43. 5mm。在轴向槽内镶嵌有横截面为燕尾形的铜条5，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为500mm，外径为399mm。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出7KW热量。参阅图4。所述的轴向槽也可以加工成斜向槽，斜向槽的斜度(锐角)为3。。在斜向槽镶嵌有铜条5。实施例3 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为800mm，定子I内径为400mm,外径为420mm。轴向槽的横截面为长方形,轴向槽的宽度为3mm,深度为3mm,轴向槽数量为31条,间距为37. 5mm ;在轴向槽内镶嵌有横截面为长方形的铜条5,镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为600mm,外径为399mm。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出IOKW热量。[0025]实施例4 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为800mm，定子I内径为420mm,外径为430mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为2mm,深度为3mm,轴向槽的数量为32条，间距为39. 2mm。在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为600mm，外径为419mm。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出12KW热量。实施例5 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为700mm，定子I的内径420mm,外径为430mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为3mm,深度为2mm,轴向槽的数量为25条，间距为49. 7mm在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为500mm，外径为419mm。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出IOKW热量。 实施例6 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为700mm，定子I的内径为420mm,外径为430mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为3mm,深度为3mm ;轴向槽的数量为27条，间距为45. 8mm，在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为500_，外径为419_。安装好后在外动力作用下以2000/分旋转，定子发出12KW热量。实施例7 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为900mm，定子I的内径为420mm,外径为430mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为3mm,轴向槽的数量为37条，间距为32. 6mm，深度3mm。在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为700mm，外径为419mm。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出15KW热量。实施例8 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为900mm，定子I的内径为360mm,外径为380mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为2mm,间距为41.4_，深度为3mm。轴向槽的数量为26条，在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为700_，外径为379_。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出6KW热量。实施例9 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为900mm，定子I的内径为360mm,外径为370mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为2mm,深度为3mm,间距为39. 8mm。轴向槽的数量为27条。在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为700_，外径为379_。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出5KW热量。实施例10 :参阅图I。实施例3与实施例I不同点是定子I的高度为900mm，定子I内径为360mm,外径为370mm。轴向槽的横截面为扇形。轴向槽的宽度为3mm,深度为2mm。轴向槽的数量为27条，间距为38. 8mm，在轴向槽内镶嵌有横截面为扇形的铜条5并相互连接，镶嵌的铜条5的内平面为圆弧形，圆弧的直径与定子I内壁直径相同。永磁转子2的高度为700mm，外径为379mm。安装好后在外动力作用下以1500/分旋转，定子发出6KW热量。 权利要求1.一种镶铜式永磁涡流加热装置，包括定子(I)、永磁转子(2)、转子轴(3)、轴承(4)和铜条(5)，其特征在于定子(I)为圆筒形，定子(I)有上底和下底，在定子(I)的上底和下底中心位置分别固定有轴承(4)，两个圆柱体形的转子轴(3)分别穿过两个轴承(4)，在两个转子轴(3)的端部固定有一个永磁转子(2);所述的永磁转子(2)为圆柱体形,永磁转子(2)的中心线与定子(I)中心线在同一条直线上；永磁转子(2)外壁与定子(I)内壁之间的距离在0. I I. Omm之间；在定子⑴内壁上均匀分布有轴向槽，轴向槽的宽度在1.0 6.Omm之间，轴向槽的深度在I. 0 6. Omm之间，两个相邻轴向槽的距离在2. 0 50. Omm之间；所述的轴向槽从定子(I)内壁的顶端到定子(I)内壁的底端；在轴向槽内镶嵌有铜条(5)，轴向槽内镶嵌铜条(5)的内侧面为圆弧形，圆弧形的直径与定子(I)内壁直径相同；在定子(I)内壁上并且在轴向槽的两端部有环形的横向槽，横向槽与轴向槽连通，在轴向槽内镶嵌有铜条(5)，横向槽内镶嵌的铜条(5)与轴向槽内镶嵌的铜条(5)相互连接，横向槽内镶嵌铜条(5)的内侧面为圆弧形，圆弧的直径与定子(I)内壁直径相同。
2.根据权利要求I所述的镶铜式永磁涡流加热装置，其特征是所述的轴向槽的横截面为扇形、燕尾形或长方形。
3.根据权利要求I所述的镶铜式永磁涡流加热装置，其特征是所述的定子(I)采用的是高导磁钢材，所述的高导磁钢材包括10#、08#或A3钢；所述的永磁转子⑵采用的是合金磁性材料，所述的合金磁性材料包括AlNi (Co) ,FeCr (Co)、FeCrMo、FeAlC、FeCo (V) (W)、Re-Co、、Re-Fe, AlNi (Co)、FeCrCo, FeCrCo, PtCo, MnAlC、CuNiFe 或 AlMnAg ;所述的转子轴3采用的材料是45#、40Cr、35CrMo或42SiMn钢。
4.根据权利要求I所述的镶铜式永磁涡流加热装置，其特征是所述的轴向槽也可以加工成斜向槽，斜向槽的斜度在0 5°之间；在槽中镶嵌有铜条(5)。
专利摘要镶铜式永磁涡流加热装置，应用于风能转化为热能。在两个转子轴的端部固定有一个永磁转子；永磁转子外壁与定子内壁之间的距离在0.1～1.0mm之间；在定子内壁上均匀分布有轴向槽，在轴向槽中镶入铜条并相互连接。效果是改变了定子的结构，在定子的内壁上有刻有一定深度和宽度的轴向槽，并使磁场聚集，使永磁体的磁场呈现周期性更高频率“通断”变化，提高磁场在定子中的变化率，而且由于铜条的电导率远比磁钢的为高，故能在铜条中产生较大的电磁感应涡流，通过风力作用将风能转化为热能，达到高效能加热的目的。克服现有永磁式涡流加热装置光滑内壁定子中的磁场无聚集和变化慢的缺点，提高能量转化效率。
文档编号H05B6/02GK202503687SQ20112056897
公开日2012年10月24日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者余历军, 桑海峰, 赵渊, 郑茂盛, 马益平 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 西北大学