一种自旋转式外转子异步电动加热总成及烘干设备
阅读说明：本技术 一种自旋转式外转子异步电动加热总成及烘干设备 (Asynchronous electric heating assembly of autogyration formula external rotor and drying equipment ) 是由 刘哲民 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种自旋转式外转子异步电动加热总成,包括定子组件,所述定子组件包括定子轴、铁心支架以及铁心；铁心上绕有N套三相绕组,其中N≥2；N套三相绕组中有M套三相绕组为驱动绕组,M≥1；另外剩余的N-M套三相绕组为加热绕组；N-M套加热绕组分为两组,一组加热绕组产生的旋转磁场方向与另外一组热绕组产生的旋转磁场方向相反,使两组加热绕组产生的转矩相互抵消；转子组件：所述转子组件包括通过轴承安装在定子轴两端的端盖；两个端盖之间安装有铁磁材料制成的转子筒。本发明加热效率大幅度提升,由外界输入的电能,除用于驱动旋转外,全部用于加热,没有其它连接性热损耗,而蒸汽加热时,整个管路系统很长,热损耗很大。(The invention discloses a self-rotating outer rotor asynchronous electric heating assembly which comprises a stator assembly, wherein the stator assembly comprises a stator shaft, an iron core bracket and an iron core; n sets of three-phase windings are wound on the iron core, wherein N is more than or equal to 2; m sets of three-phase windings in the N sets of three-phase windings are driving windings, and M is more than or equal to 1; the other remaining N-M sets of three-phase windings are heating windings; the N-M sets of heating windings are divided into two groups, the direction of a rotating magnetic field generated by one group of heating windings is opposite to that of a rotating magnetic field generated by the other group of heating windings, and the torques generated by the two groups of heating windings are mutually counteracted; a rotor assembly: the rotor assembly comprises end covers which are arranged at two ends of the stator shaft through bearings; a rotor cylinder made of ferromagnetic material is arranged between the two end covers. The heating efficiency of the invention is greatly improved, the electric energy input from the outside is used for heating except for driving rotation, no other heat loss of connection exists, and when steam is heated, the whole pipeline system is very long, and the heat loss is very large.)
技术领域
本发明属于烘干设备，尤其涉及一种应用于被驱动的物体需要加热的场合。如印染、化纤、纺织、造纸等行业的自旋转式外转子异步电动加热总成及烘干设备。
背景技术
在工业生产中加热是一种经常用到的工艺环节，例如在印染、化纤、纺织、造纸等行业；下面依造纸生产为例进行说明，在造纸生产过程中用到烘缸，传统的烘缸一般为蒸汽式烘缸，其烘缸一般才采用轴向转动的滚筒设计，湿纸在烘缸上能够更加平整而且旋转，通过蒸汽烘缸内的温度将水分蒸发，并通过排风将水汽带走，实现纸张的烘干；随着技术的发展现有技术中出现电加热烘缸，电加热烘缸的出现逐渐替代传统的蒸汽烘缸，已达到节能环保的目的。
申请人对现有技术调研和技术文件检索，现有技术中公开了一类以电磁感应加热的方式电加热烘缸，例如：CN1560551A：该现有技术公开了一种电磁感应烘缸。它包括机架，在机架上设有传动轴、减速箱，在传动轴上设有烘缸筒体，在烘缸筒体上设有烘缸罩，在烘缸罩内侧安装有电磁感应线圈、结晶陶瓷玻璃防护层，电磁感应线圈与集电环、高频电源及自动控制系统相连。该现有技术利用电磁感应加热原理，的目的在于改变了传统烘缸的导热介质传热方式，无需使用蒸汽、油或某种气体作为导热介质，烘缸结构简单，热效率高、性能稳定；由于利用电磁感应加热，提高热效率，显著降低生产成本，改善对环境的污染。
CN102041706A该现有技术公开了一种分段可加热金属带干燥纸张的装置，由大直径烘缸、金属加热带装置和湿空气吸移箱构成，在进纸导辊和出纸导辊下方的大直径烘缸外缘柱面上均布安装有金属加热带装置，该金属加热带装置由金属带、金属带内撑装的导向张紧驱动辊及电磁感应加热器构成，导向张紧驱动辊的其中两个同径压装在大直径烘缸外缘柱面上，其中一个驱动辊与电机连接，每条金属带内部均安装有电磁感应加热器。该现有技术把纸页用可电磁感应加热的金属带分段包覆于大直径烘缸上以加热、干燥纸页，降低了加热体与纸页表面间的热阻，提高了干燥效率，可缩短干燥部的长度，同时使干燥后的纸页两面差最小，并且纸张干燥收缩受到限制，从而纸张的抗张强度可得到提高。现有的烘缸一般包括通过电磁感应加热的方式加热由驱动电机带动烘缸缸体旋转，使烘缸缸体达到指定的烘干温度，实现节能环保的问题；但现有的存在结构上相对复杂。
CN108867140A该现有技术公开了一种造纸烘干装置，它涉及烘干技术领域。它包含传热组件、导热辊、烘缸、电磁感应线圈、连接管、加热器、温度传感器；所述的传热组件、导热辊、电磁感应线圈、温度传感器均设置于烘缸的内部，传热组件的数量为四组，四组传热组件分别对应设置于导热辊的表面上，电磁感应线圈设置于导热辊的内部，温度感应器设置于导热辊的右端，所述的导热辊与温度传感器通过连接管连接于加热器；本发明有益效果为：该现有技术目的在于解决了传统造纸工艺烘干效率低，烘干设备复杂的问题，通过电源变频器的优化，使烘干装置结构更加简单，安装更适应使用环境，利用电磁感应线圈位置的设计避免因水分烘烤蒸发后蒸汽凝结在电磁感应线圈形成水滴，从而提高纸张生产的质量。
CN201193299Y该现有技术公开了一种运用电磁感应加热原理来烘干纸浆的电磁感应式造纸机烘缸，在轴向转动的烘缸侧壁外，设置有至少一组电磁感应线圈，通过向电磁感应线圈中通上交变电流，使所述电磁感应线圈产生高速变化磁场，当磁场内的磁力线通过烘缸时，在烘缸内产生强大的涡流，而烘缸本身处于短路状态，因此涡流在烘缸自身电阻的作用下烘缸自行高速发热，从而实现了电能与热能的转换，达到烘干烘张的目的。本实用新型中烘缸不需要其它发热体进行加热，而是通过烘缸在电磁场的作用下，靠自身电阻发热，没有能量的多次转换及热量的传导过程，因此可大幅度节约能源，而且加热速度也更快，更容易实现自化控制。
CN200999312Y该现有技术公开了一种内置式磁通发生器电磁烘缸及其支撑装置，属造纸机械领域。包括电磁感应线圈、烘缸，其特征在于烘缸为圆筒状，两端为开放式，它是由三根平行放置的支撑辊支撑，其中两根支撑辊位于烘缸下部外面两侧，另一根支撑辊位于烘缸顶部内侧。本实用新型由于烘缸为圆筒状两端开放式，使得烘缸内空气流动性好，内置的电磁感应线圈温度易于控制，不易损坏电磁感应线圈从而造成事故。本实用新型设计合理，使用寿命长，安装使用方便。
通过对上述现有的技术分析，现有的加热方式一般为电磁加热，同时配合一台驱动电机来实现运转和加热，所存在的技术缺陷，现有技术存在由于存在独立的驱动和电磁加热部分导致结构复杂，维护上较为繁琐，尤其是电机损坏或者电磁加热损坏将会直接导致停机维修；从能耗上综合对比相对较高。
本发明基于电动机的工作原理设计研发一种自旋转式外转子异步电动加热总成及烘干设备。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种自旋转式外转子异步电动加热总成及烘干设备。
本发明是这样实现的，一种自旋转式外转子异步电动加热总成，其特征在于：包括定子组件，所述定子组件包括定子轴，安装在定子轴上的铁心支架，安装在铁心支架上的铁心；铁心上绕有N套三相绕组，其中N≥2；N套三相绕组中有M套三相绕组为驱动绕组，M≥1；另外剩余的N-M套三相绕组为加热绕组；N-M套加热绕组分为两组，一组加热绕组产生的旋转磁场方向与另外一组热绕组产生的旋转磁场方向相反，使两组加热绕组产生的转矩相互抵消；改变旋转磁场相反属于已知技术，例如通过改变定子绕组中电流的相序来实现；
转子组件：所述转子组件包括通过轴承安装在定子轴两端的端盖；两个端盖之间安装有铁磁材料制成的转子筒；所述转子筒与两端的端盖形成一个封闭的加热腔；所述定子组件位于加热腔内。
优选的，所述铁心支架为一体结构，驱动绕组和加热绕组沿圆周方向分组。优选的，所述铁心采用分段式结构，驱动绕组和加热绕组绕组沿圆周方向分组。
优选的，所述铁心支架为分体式结构，每个铁心支架上均安装有铁心，每个铁心上安装一套三相绕组。
优选的，所述铁心支架为分体式结构，每个铁心支架上均安装有铁心，每个铁心上安装N套三相绕组，且沿圆周方向分组。
优选的，铁心的外壁与转子筒的内壁之间的间隙为0.5mm-7.5mm。
本发明还公开一种烘干设备，其特征在于，包括上述的自旋转式外转子异步电动加热总成。
本发明具有的优点和技术效果：本发明利用的电动机工作原理设计而成，外面的转子筒作为烘缸用于加热，转子筒相当于电动机的转子，至少通过一套三相绕组作为驱动绕组驱动转子筒运动，满足转子筒旋转运动，通过调节驱动绕组的供电电压和频率来调整转子筒的转速；这时驱动绕组和转子筒就构成了一台的超低效率电动机，该电动机输出机械功率驱动烘缸旋转，由于转子筒的损耗较小，所以产生的热量也相对较少，驱动绕组所产生的热量不能够满足烘缸的所需要的温度；众所周知作为一台机械输出的电动机理想状态下效率越高越好，发热越少越好；通过逆向思维，本发明在通过一套绕组满足旋转驱动的情况下，在转子筒内还设有多套三相绕组用于加热，除驱动绕组外，其它每套加热绕组均与转子筒构成一台独立电动机，但为了增加转子筒的损耗，本发明采用除驱动绕组外，其它绕组通以频率相同，且方向相反的电流，一组加热绕组产生的旋转磁场方向与另外一组热绕组产生的旋转磁场方向相反，使两组加热绕组产生的转矩相互抵消，在该种情况下转子筒损耗较大，转子筒发热，进而实现控制对转子筒的加热。
综上所述，本发明传统蒸汽烘缸相比，加热效率大幅度提升，由外界输入的电能，除用于驱动旋转外，全部用于加热，没有其它连接性热损耗，而蒸汽加热时，整个管路系统很长，热损耗很大。同时没有了高压蒸汽，不再需要压力容器，进而降低了系统的安全性。
和现有技术公开的电磁感应式烘干相比具有以下优点。
1、不需要外置驱动装置，能效进一步提升。
2、在传统电磁或蒸汽烘干装置中，本发明还具有冗余特点。如果驱动电机出现故障，要停机检修，这时候，已经进入的原料会出现大量废料，甚至导致物料的堆积，因此经常出现较多废料，根据现场估算每次出现故障而造成废料的成本都大于一台电机成本，采用本发明技术方案，如果出现驱动绕组故障，可以不间断的将部分加热绕组用于驱动，另外的加热绕组调整频率用于加热，驱动系统以较低速度继续运行，阶段性完成生产后再停机检修，保证在一段时间内不停机。
3、当加热部分出现故障时，也可以通过调整绕组的供电状态，使系统继续工作。
附图说明
图1是本发明实施例1结构示意图；
图2是本发明实施例2结构示意图；
图3是本发明实施例3结构示意图。
图中、1、定子组件；1-1、定子轴；1-2、铁心支架；1-3、铁心；1-4、三相绕组；2、转子组件；2-1、端盖；2-2、转子筒；2-3、轴承；2-4、加热腔；2-5、隔热层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1、图2或图3；本发明设计一种自旋转式外转子异步电动加热总成，包括定子组件1，所述定子组件包括定子轴1-1，定子轴为空心轴，其中用于绕组引线的引出；安装在定子轴上的铁心支架1-2，安装在铁心支架上的铁心1-3；铁心1-3上均布绕制有N套三相绕组1-4，其中N≥2；其中M套三相绕组为驱动绕组，M≥1；另外剩余的N-M套三相绕组为加热绕组；N-M套加热绕组分为两组，并通以频率相同电流，一组加热绕组产生的旋转磁场方向与另外一组加热绕组产生的旋转磁场方向相反，使N-M套加热绕组产生的扭力相互抵消；转子组件2：所述转子组件包括通过轴承2-3安装在定子轴两端的端盖2-1；两个端盖上之间安装有铁磁材料(一般为钢板)的转子筒2-2；所述转子筒与两端的端盖形成一个封闭的加热腔2-4；所述定子组件位于加热腔内；为了保证轴承端盖发生热传导，在轴承端盖的外侧设有隔热层2-5。
在使用时，通过调节施加在驱动绕组上的电压的大小和频率，使转子筒按照需要的转速旋转。这时，驱动绕组本身因为电阻的存在，会产生损耗发热，定子的铁心，由于磁场的交变，会产生涡流损耗和磁滞损耗，也发热，但热量相对较少。定子驱动绕组和铁心的热量加热周围空气，最后传导到转子筒，使转子筒加热。同时，转子筒也由于磁场的交变，产生涡流和磁滞损耗，直接加热转子筒，转子筒的热量用于对目标物体加热。
由于驱动绕组的电压和频率需要按照转速要求给定，这样转子筒的热量不能通过调整驱动绕组的电压和频率进行单独调节了；而加热绕组的存在就是为了解决转子筒热量(温度)控制问题。设计时使驱动绕组单独引起的发热量小于工作要求，转子筒温度比要求低；其他热量由发热绕组工作产生，以便调节转子筒的发热量(温度)。
当一套加热绕组单独工作时，情况与上述驱动绕组单独工作时情况相同，与驱动绕组一起工作时，发热绕组引起的发热叠加到转子筒上，转子筒温度上升，发热绕组可以不考虑驱动任务的转速要求，加以较高频率的电压，这样引起涡流和磁滞损耗较大，有利于发热。但加热绕组同时也产生一个使转子筒旋转的转矩，这个转矩叠加到驱动绕组转矩上，会使转子筒转速波动，转速波动会使转差率波动，发热量也波动，该种设置适用于转速波动要求不高的应用场景。而采用两套或多套成对存在的发热绕组的作用就是在发热的同时，相互抵消掉转矩，进而使转子筒运转平稳。
实施例1，优选的，所述铁心支架为一体结构，请参阅图1；铁心轴向长度较长，功率较大，适用于热量需求大的场合。
实施例2，优选的，所述铁心采用分段式结构，请参阅图2，驱动绕组和发热绕组均是连续的，在发热量需求较小的时候。由于转子筒的长度是根据被烘干物体确定的，铁心分段，减少部分铁心，以减少铁心材料消耗。
实施例3，优选的，所述铁心支架为分体式结构，请参阅图3，每个铁心支架上均安装有铁心，每个铁心上的绕组是独立的，这种情况也是减少铁心用量，由于绕组端部的存在，铁心段之间的距离需要满足端部长度的要求，但每个铁心段和绕组可分别制造后形成模块，根据设计需求，组装不同数量的模块，有利于标准化、通用化生产。
优选的，铁心的外壁与转子筒的内壁之间的间隙0.5mm-7.5mm，间隙太小，机械加工要求高，加工难度大，运行时容易出现机械故障；间隙太大，间隙的磁阻太大，需要更大的电流建立磁场，定子损耗比例较大，定子的热量需要经空气间隙传导到转筒，降低热传导效率。一般根据转子筒的直径和长度旋转间隙值，直径大，长度长的旋转较大的间隙值。
优选的，所述端盖的内壁和/或外壁可以设有隔热层。用于减小两个端盖处的对外散热，减少热损耗，提高热利用效率。
根据不同的应用场景和实际需要，特列举如下实施例进行说明：
应用场景1，本实施例中铁心分为三段，采用图2所示的结构。每一段上设有一套三相绕组，构成了三个铁心单元。中间铁心单元上三相绕组为驱动绕组，另外两组三相绕组作为加热绕组；
本实施例用于造纸机最后干燥工序。转子筒外径3.6米，长度4米，每个铁心单元长度500mm，铁心与转子筒间隙4mm，最大发热功率300kW，转子筒工作温度120℃，转子筒工作转速120r/min，纸张与转子筒接触面为圆周的2/3。
三个铁心单元与转子筒构成相当于三台电动机，由三台三相变频器分别控制。
启动时，三台电动机加以频率相同的电压，并使旋转方向相同，这时三台电动机同时驱动转子筒快速启动，达到工作转速。
达到工作转速后，保持中间单元的电压、频率不变。另外两个单元先断电，然后同时加以频率相同，但电压方向使两台电动机的旋转方向相反，将频率提高，使转子筒加热，逐渐达到工作温度，随时监测温度，动态调整两台的频率和电压，保持温度恒定，整个装置进入工作状态，湿的纸张在转子筒上经过被烘干。
应用场景2，本实施例中铁心为整体，采用图1所示的结构。定子铁心上，每1/3圆周安放一套三相绕组，共安放三套三相绕组。
本实施例用于化纤设备中，化纤冷却后的烘干工序。转子筒外径0.4米，长度1米，铁心与转子筒间隙2mm，最大发热功率50kW，转子筒工作温度100℃，转子筒工作转速200r/min，纸张与转子筒接触面为圆周的50％。
启动时，三套绕组加以频率相同的电压，并使旋转方向相同，这时三台电动机同时驱动转子筒快速启动，达到工作转速。
达到工作转速后，保持一套绕组的电压、频率不变。另外两套绕组先断电，然后同时加以频率相同，但电压方向使两套绕组产生旋转方向相反的磁场，将频率提高，使转子筒加热，逐渐达到工作温度，随时监测温度，动态调整两套加热绕组的频率和电压，保持温度恒定，整个装置进入工作状态，可以对经过转子筒的纤维进行烘干。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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