CN119801968A - 一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法，属于风机冷却领域，包括风机壳体、定子和转子，转子经第一锁紧拉杆与主叶轮连接，风机壳体上连接有端壳，端壳上开设有主叶轮对准的进风口，风机壳体的另一端固定有端盖，本发明还包括风冷结构，风冷结构包括主动式定转子风冷单元和被动式轴承冷却单元，其中主动式定转子风冷单元包括经第二锁紧拉杆固定于转子远离主叶轮一端的引风叶轮以及定转子冷却风道；被动式轴承冷却单元包括用于连通进风口和风机壳体内部的风冷回气管以及与风冷回气管连通的轴承冷却风道。采用上述一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法，采用主动式风冷和被动式风冷结合的方式，可对风机内部进行快速冷却，提高冷却效果。

Description

一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法

技术领域

本发明涉及风机冷却技术领域，尤其涉及一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法。

背景技术

空气悬浮风机（Air Bearing Fan）是一种利用空气轴承技术的高效、节能型风机。空气悬浮风机的核心技术是空气轴承。空气轴承使用压缩空气作为润滑介质，在转子和定子之间形成一层薄薄的气膜，使得转子能够在无接触状态下高速旋转，具备高效节能、低噪音、长寿命和免维护等优点，逐渐成为现代工业和环保领域的重要设备。

现有的空气悬浮风机散热结构如下：

CN202121081986.1公开了一种具有便于散热结构的空气悬浮风机，包括空气悬浮风机组件、冷却机构和销机构，冷却机构，其设置在所述空气悬浮风机组件的外部一侧；销机构，其固定在所述空气悬浮风机组件的内部；过滤机构，其安装在所述空气悬浮风机组件的外部另一侧。该具有便于散热结构的空气悬浮风机，与现有的普通空气悬浮风机相比，多片铜片吸收空气悬浮风机组件运行时所产生的热量，打开储液罐的盖板添加冷却液，水泵将储液罐内的冷却液泵入回液管，回液管对铜片进行冷却，能够大幅度对该空气悬浮风机降温，使得该空气悬浮风机具有主动散热功能，在该空气悬浮风机温度过高时，可以及时散出该空气悬浮风机的热量。

CN202420395201.5公开了一种用于空气悬浮风机的冷却结构，其包括基箱，所述基箱的内部配置安装有电控柜，电控柜一侧基箱的内部配置安装有风机本体，风机本体的输出端连接有排气接管，基箱上设置有风冷机构，风机本体正下方配置安装有液冷机构。该实用新型克服了现有技术的不足，通过启动位于存储腔内部的水泵能够将存储腔内部冷却液沿着冷却水输出管输送至水冷头内部，水冷头贴合风机本体将热量被流经水冷头的冷却液进行吸收，同时吸收热量的冷却液能够沿着冷却水回流管进入到暂存腔内部，暂存腔内部的液态能够借助散热管回流至存储腔内部，流经散热管的冷却液能够借助散热片向外散热降温处理。

可知，现有的空气悬浮风机的冷却结构多为液体冷却，其具有占用空间大、对风机内部冷却不彻底等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法，解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种自冷却空气悬浮风机，包括由外到内依次设置的风机壳体、定子和转子，转子经第一锁紧拉杆与主叶轮连接，风机壳体上且对应主叶轮的一端连接有端壳，端壳上开设有主叶轮对准的进风口，风机壳体的另一端固定有端盖，本发明还包括风冷结构，风冷结构包括主动式定转子风冷单元和被动式轴承冷却单元，其中主动式定转子风冷单元包括经第二锁紧拉杆固定于转子远离主叶轮一端的引风叶轮以及定转子冷却风道；

被动式轴承冷却单元包括用于连通进风口和风机壳体内部的风冷回气管以及与风冷回气管连通的轴承冷却风道。

优选的，定转子冷却风道包括开设于风机壳体侧壁上的第一径向进气孔、定子外壁与风机壳体内壁之间围成的第一冷却风段、定子内壁与转子外壁之间围成的第二冷却风段以及开设于端盖上的第一轴向出风孔。

优选的，端盖外部还罩设有排气罩壳，定子转子冷却风道还包括开设于排气罩壳侧壁上的第一径向出风孔，第一径向进气孔、第一冷却风段、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔依次连通。

优选的，主叶轮的外侧罩设有整流罩，主叶轮依次经主轴承和主平衡盘转动设置于主安装盘上，主安装盘固定于风机壳体上；

转子的左右两端分别经左端轴承和右端轴承与风机壳体转动连接；

轴承冷却风道包括用于分别对主轴承、左端轴承和右端轴承进行冷却的第一轴承冷却风段、第二轴承冷却风段和第三轴承冷却风段，其中，第一轴承冷却风段与风冷回气管连通，第二轴承冷却风段和第三轴承冷却风段均与定转子冷却风道连通。

优选的，第一轴承冷却风段包括开设于整流罩中心的第一轴向进风孔、开设于主叶轮上的第二轴向进风孔、开设于主叶轮上的第二径向进风孔以及由主轴承、风机壳体和主安装盘围成的冷却空腔；

进风口与第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第二径向进风孔、冷却空腔和风冷回气管循环连通。

优选的，第二轴承冷却风段包括第一轴向进风孔、开设于第一锁紧拉杆上的第三轴向进风孔、开设于转子一端的第四轴向进风孔和开设于转子左右两端侧壁上的第二径向出风孔；

进风口依次与第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第三轴向进风孔、第四轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔连通。

优选的，排气罩壳的中心设置有密封帽；

第三轴承冷却风段包括开设于密封帽中心的第五轴向进风孔、开设于第二锁紧拉杆上的第六轴向进风孔以及开设于转子另一端的第七轴向进风孔，第五轴向进风孔、第六轴向进风孔、第七轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔依次连通。

一种自冷却空气悬浮风机的冷却方法，包括定转子冷却方法和轴承冷却方法；

其中，定转子冷却方法如下：转子带动引风叶轮转动使得风机壳体内部产生负压，外部冷空气经第一径向进气孔进入风机壳体内部，再依次经第一冷却风段、第二冷却风段、第一轴向出风孔后由第一径向出风孔排出风机壳体，且在冷空气流经第二冷却风段时，对定子和转子同时进行冷却；

轴承冷却方法包括主轴承冷却方法、左端轴承冷却方法和右端轴承冷却方法，主轴承冷却方法如下：转子带动主叶轮转动，使得进气口静压低于环境静压，由于风冷回气管连通冷却空腔和进风口，进而使得冷却空腔压力低于环境静压，而主叶轮迎风面总压为动压和静压之和，故主叶轮迎风面总压高于冷却空腔压力，即整流罩上第一轴向进风孔的总压高于冷却空腔压力，从而产生压差，在压差作用下外部冷空气由进气口、第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第二径向进风孔、冷却空腔和风冷回气管排出，且在冷空气进入冷却空腔后对主轴承进行冷却；

左端轴承和右端轴承冷却方法如下：转子转动的过程中，转子内部的气体在离心力作用下，由第二径向出风孔排出，导致转子内部呈负压状态，外部冷空气分别经进风口和第五轴向进风孔进入，其中由进风口进入的冷空气依次经第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第三轴向进风孔、第四轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔排出，并在由第二径向出风孔进入风机壳体内部后对左端轴承进行冷却；同时由第五轴向进风孔进入的冷空气依次经第六轴向进风孔、第七轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔排出，并在由第二径向出风孔进入风机壳体内部后对右端轴承进行冷却。

因此，本发明采用上述一种自冷却空气悬浮风机及其冷却方法，具有的有益效果为：

1、高效冷却：定转子冷却：通过引风叶轮和冷却风道的设计，使得冷空气能够有效流经定子和转子，带走热量，且由于转子带动引风叶轮转动时，在风机壳体内形成负压，外部冷空气被吸入并通过多段冷却风道排出，确保定转子始终处于低温状态，提高运行效率和稳定性；

轴承冷却：主轴承、左端轴承和右端轴承分别通过独立的冷却风道进行冷却，有效降低了轴承温度，延长了轴承寿命。

2、结构紧凑且一体化：将冷却结构与风机主体集成在一起，减少了额外的冷却设备需求，降低了空间占用和安装复杂度；例如，整流罩、引风叶轮、冷却风道等部件都巧妙地结合在风机内部，实现了紧凑的一体化设计；

3、无额外动力消耗：冷却系统依赖于风机自身的运转来驱动空气流动，无需额外的动力源或泵送设备，节省了能源消耗；

4、可靠性高：由于冷却系统与风机主体紧密结合，且采用自然通风和负压原理，减少了机械部件的磨损和故障率，从而降低了维护成本和频率；

5、环境适应性强：在不同的环境条件下保持良好的冷却效果，适用于高温、高湿度等多种恶劣环境，特别是对于易燃易爆场所，避免了使用液体冷却带来的安全隐患；

6、噪音低：冷却风道和引风叶轮的设计经过优化，使得气流更加顺畅，减少了气流湍动和噪音产生，特别是在住宅区或对噪音敏感的环境中，这种低噪音设计具有明显优势。

综上所述，本发明不仅具备高效的冷却性能，还通过紧凑的一体化设计、节能效果、高可靠性和低噪音等优点，显著提升了风机的整体性能和应用范围，确保风机长时间稳定运行。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种自冷却空气悬浮风机的轴向剖视图。

附图标记

1、进风口；2、整流罩；3、主叶轮；4、端壳；5、主安装盘；6、定子；7、风机壳体；8、第一径向进气孔；9、端盖；10、第一径向出风孔；11、排气罩壳；12、密封帽；13、第五轴向进风孔；14、第二锁紧拉杆；15、第六轴向进风孔；16、引风叶轮；17、第一轴向出风孔；18、第二径向出风孔；19、左端轴承；20、主轴承；21、风冷回气管；22、主平衡盘；23、第三轴向进风孔；24、第一锁紧拉杆；25、第一轴向进风孔；26、第二冷却风段；27、第一冷却风段；28、右端轴承；29、第二轴向进风孔。

具体实施方式

为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明。

如图1所示，一种自冷却空气悬浮风机，包括由外到内依次设置的风机壳体7、定子6和转子，转子经第一锁紧拉杆24与主叶轮3连接，风机壳体7上且对应主叶轮3的一端连接有端壳4，端壳4上开设有主叶轮3对准的进风口1，风机壳体7的另一端固定有端盖9，本发明还包括风冷结构，风冷结构包括主动式定转子风冷单元和被动式轴承冷却单元，其中主动式定转子风冷单元包括经第二锁紧拉杆14固定于转子远离主叶轮3一端的引风叶轮16以及定转子冷却风道；被动式轴承冷却单元包括用于连通进风口1和风机壳体7内部的风冷回气管21以及与风冷回气管21连通的轴承冷却风道。

具体的，定转子冷却风道包括开设于风机壳体7侧壁上的第一径向进气孔8、定子6外壁与风机壳体7内壁之间围成的第一冷却风段27、定子6内壁与转子外壁之间围成的第二冷却风段26以及开设于端盖9上的第一轴向出风孔17。端盖9外部还罩设有排气罩壳11，定子6转子冷却风道还包括开设于排气罩壳11侧壁上的第一径向出风孔10，第一径向进气孔8、第一冷却风段27、第二冷却风段26、第一轴向出风孔17和第一径向出风孔10依次连通。

主叶轮3的外侧罩设有整流罩2，主叶轮3依次经主轴承20和主平衡盘22转动设置于主安装盘5上，主安装盘5固定于风机壳体7上；转子的左右两端分别经左端轴承19和右端轴承28与风机壳体7转动连接；轴承冷却风道包括用于分别对主轴承20、左端轴承19和右端轴承28进行冷却的第一轴承冷却风段、第二轴承冷却风段和第三轴承冷却风段，其中，第一轴承冷却风段与风冷回气管21连通，第二轴承冷却风段和第三轴承冷却风段均与定转子冷却风道连通。

其中，第一轴承冷却风段包括开设于整流罩2中心的第一轴向进风孔25、开设于主叶轮3上的第二轴向进风孔29、开设于主叶轮3上的第二径向进风孔以及由主轴承20、风机壳体7和主安装盘5围成的冷却空腔；进风口1与第一轴向进风孔25、第二轴向进风孔29、第二径向进风孔、冷却空腔和风冷回气管21循环连通。

第二轴承冷却风段包括第一轴向进风孔25、开设于第一锁紧拉杆24上的第三轴向进风孔23、开设于转子一端的第四轴向进风孔和开设于转子左右两端侧壁上的第二径向出风孔18；进风口1依次与第一轴向进风孔25、第二轴向进风孔29、第三轴向进风孔23、第四轴向进风孔、第二径向出风孔18、第二冷却风段26、第一轴向出风孔17和第一径向出风孔10连通。

排气罩壳11的中心设置有密封帽12；第三轴承冷却风段包括开设于密封帽12中心的第五轴向进风孔13、开设于第二锁紧拉杆14上的第六轴向进风孔15以及开设于转子另一端的第七轴向进风孔，第五轴向进风孔13、第六轴向进风孔15、第七轴向进风孔、第二径向出风孔18、第二冷却风段26、第一轴向出风孔17和第一径向出风孔10依次连通。

一种自冷却空气悬浮风机的冷却方法，包括定转子冷却方法和轴承冷却方法；

其中，定转子冷却方法如下：转子带动引风叶轮16转动使得风机壳体7内部产生负压，外部冷空气经第一径向进气孔8进入风机壳体7内部，再依次经第一冷却风段27、第二冷却风段26、第一轴向出风孔17后由第一径向出风孔10排出风机壳体7，且在冷空气流经第二冷却风段26时，对定子6和转子同时进行冷却；

轴承冷却方法包括主轴承20冷却方法、左端轴承19冷却方法和右端轴承28冷却方法，主轴承20冷却方法如下：转子带动主叶轮3转动，使得进气口静压低于环境静压，由于风冷回气管21连通冷却空腔和进风口1，进而使得冷却空腔压力低于环境静压，而主叶轮3迎风面总压为动压和静压之和，故主叶轮3迎风面总压高于冷却空腔压力，即整流罩2上第一轴向进风孔25的总压高于冷却空腔压力，从而产生压差，在压差作用下外部冷空气由进气口、第一轴向进风孔25、第二轴向进风孔29、第二径向进风孔、冷却空腔和风冷回气管21排出，且在冷空气进入冷却空腔后对主轴承20进行冷却；

左端轴承19和右端轴承28冷却方法如下：转子转动的过程中，转子内部的气体在离心力作用下，由第二径向出风孔18排出，导致转子内部呈负压状态，外部冷空气分别经进风口1和第五轴向进风孔13进入，其中由进风口1进入的冷空气依次经第一轴向进风孔25、第二轴向进风孔29、第三轴向进风孔23、第四轴向进风孔、第二径向出风孔18、第二冷却风段26、第一轴向出风孔17和第一径向出风孔10排出，并在由第二径向出风孔18进入风机壳体7内部后对左端轴承19进行冷却；同时由第五轴向进风孔13进入的冷空气依次经第六轴向进风孔15、第七轴向进风孔、第二径向出风孔18、第二冷却风段26、第一轴向出风孔17和第一径向出风孔10排出，并在由第二径向出风孔18进入风机壳体7内部后对右端轴承28进行冷却。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种自冷却空气悬浮风机，包括由外到内依次设置的风机壳体、定子和转子，转子经第一锁紧拉杆与主叶轮连接，风机壳体上且对应主叶轮的一端连接有端壳，端壳上开设有主叶轮对准的进风口，风机壳体的另一端固定有端盖，其特征在于：还包括风冷结构，风冷结构包括主动式定转子风冷单元和被动式轴承冷却单元，其中主动式定转子风冷单元包括经第二锁紧拉杆固定于转子远离主叶轮一端的引风叶轮以及定转子冷却风道；

被动式轴承冷却单元包括用于连通进风口和风机壳体内部的风冷回气管以及与风冷回气管连通的轴承冷却风道。

2.根据权利要求1所述的一种自冷却空气悬浮风机，其特征在于：定转子冷却风道包括开设于风机壳体侧壁上的第一径向进气孔、定子外壁与风机壳体内壁之间围成的第一冷却风段、定子内壁与转子外壁之间围成的第二冷却风段以及开设于端盖上的第一轴向出风孔。

3.根据权利要求2所述的一种自冷却空气悬浮风机，其特征在于：端盖外部还罩设有排气罩壳，定子转子冷却风道还包括开设于排气罩壳侧壁上的第一径向出风孔，第一径向进气孔、第一冷却风段、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔依次连通。

4.根据权利要求3所述的一种自冷却空气悬浮风机，其特征在于：主叶轮的外侧罩设有整流罩，主叶轮依次经主轴承和主平衡盘转动设置于主安装盘上，主安装盘固定于风机壳体上；

转子的左右两端分别经左端轴承和右端轴承与风机壳体转动连接；

轴承冷却风道包括用于分别对主轴承、左端轴承和右端轴承进行冷却的第一轴承冷却风段、第二轴承冷却风段和第三轴承冷却风段，其中，第一轴承冷却风段与风冷回气管连通，第二轴承冷却风段和第三轴承冷却风段均与定转子冷却风道连通。

5.根据权利要求4所述的一种自冷却空气悬浮风机，其特征在于：第一轴承冷却风段包括开设于整流罩中心的第一轴向进风孔、开设于主叶轮上的第二轴向进风孔、开设于主叶轮上的第二径向进风孔以及由主轴承、风机壳体和主安装盘围成的冷却空腔；

进风口与第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第二径向进风孔、冷却空腔和风冷回气管循环连通。

6.根据权利要求5所述的一种自冷却空气悬浮风机，其特征在于：第二轴承冷却风段包括第一轴向进风孔、开设于第一锁紧拉杆上的第三轴向进风孔、开设于转子一端的第四轴向进风孔和开设于转子左右两端侧壁上的第二径向出风孔；

进风口依次与第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第三轴向进风孔、第四轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔连通。

7.根据权利要求6所述的一种自冷却空气悬浮风机，其特征在于：排气罩壳的中心设置有密封帽；

第三轴承冷却风段包括开设于密封帽中心的第五轴向进风孔、开设于第二锁紧拉杆上的第六轴向进风孔以及开设于转子另一端的第七轴向进风孔，第五轴向进风孔、第六轴向进风孔、第七轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔依次连通。

8.基于上述权利要求7所述的一种自冷却空气悬浮风机的冷却方法，其特征在于：包括定转子冷却方法和轴承冷却方法；

其中，定转子冷却方法如下：转子带动引风叶轮转动使得风机壳体内部产生负压，外部冷空气经第一径向进气孔进入风机壳体内部，再依次经第一冷却风段、第二冷却风段、第一轴向出风孔后由第一径向出风孔排出风机壳体，且在冷空气流经第二冷却风段时，对定子和转子同时进行冷却；

轴承冷却方法包括主轴承冷却方法、左端轴承冷却方法和右端轴承冷却方法，主轴承冷却方法如下：转子带动主叶轮转动，使得进气口静压低于环境静压，由于风冷回气管连通冷却空腔和进风口，进而使得冷却空腔压力低于环境静压，而主叶轮迎风面总压为动压和静压之和，故主叶轮迎风面总压高于冷却空腔压力，即整流罩上第一轴向进风孔的总压高于冷却空腔压力，从而产生压差，在压差作用下外部冷空气由进气口、第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第二径向进风孔、冷却空腔和风冷回气管排出，且在冷空气进入冷却空腔后对主轴承进行冷却；

左端轴承和右端轴承冷却方法如下：转子转动的过程中，转子内部的气体在离心力作用下，由第二径向出风孔排出，导致转子内部呈负压状态，外部冷空气分别经进风口和第五轴向进风孔进入，其中由进风口进入的冷空气依次经第一轴向进风孔、第二轴向进风孔、第三轴向进风孔、第四轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔排出，并在由第二径向出风孔进入风机壳体内部后对左端轴承进行冷却；同时由第五轴向进风孔进入的冷空气依次经第六轴向进风孔、第七轴向进风孔、第二径向出风孔、第二冷却风段、第一轴向出风孔和第一径向出风孔排出，并在由第二径向出风孔进入风机壳体内部后对右端轴承进行冷却。