CN105391241B - 径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，包括机壳和转子轴，转子轴上设置有转轮和盘形转子，转轮的外径圆柱表面上设置有水斗；机壳上设置有盘形定子，转子轴的两端分别通过磁轴承安装在机壳上，机壳上还固定有轴向限位块和压力管道。本发明通过压力管道将水引入水斗驱动转子轴及转子转动实现发电，其采用盘形转子和盘形定子，使得转子在旋转过程中定子绕组能最大限度切割磁力线，发电效率高；并且当压力管道道来水时，对称水流的冲击力使转子轴两端顶尖脱离轴向光滑限位块，实现完全悬浮，转子轴旋转无机械摩擦，降低了摩擦损耗，能提高能量转化效率、延长发电机的使用寿命，同时其可实现免日常维护，电机成本和运行成本低。

Description

径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机
技术领域
本发明涉及一种发电机，特别涉及一种微型水力发电机。
背景技术
微水电利用电力负荷附近的低水头小流量的微小水资源发电，无需变电、直接供用户使用的水力发电***。微水电是解决环境与资源矛盾的重要途径，对推动我国和其它国家特别是发展中国家农村电气化、可持续发展和社会的全面进步具有重要的战略意义。
但当前的微水发电效率普遍较低，如欧美，利用调速的方式，使微水电的效率达到70-80%，而中国为了降低开发成本，使用不调速配合假负载的方式发电，转化效率极低，大约20-40%。为了提高换能效率，特别是微水发电效率，人们开发了几种磁悬浮的水力发电机。
专利201220544617.6给出了一种磁悬浮水力发电机，转轮通过皮带轮电机连接发电。由于皮带轮有摩擦，效率不高；而且转子没有办法着陆。
专利201310358998.8公开的磁悬浮水轮发电机，由于采用的是轴流式水轮机，轴向具有较大推力，必须使用包含电磁的混合磁悬浮才能保证转轮完全悬浮，所以结构复杂成本高，有额外电能消耗。
因此有必要开发一种低成本，能实际应用的高效磁悬浮水力发电机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，以解决现有微水发电机能量转化率低、成本高等问题。
本发明径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，包括机壳和转子轴，所述转子轴上固定设置有转轮和盘形转子，所述盘形转子的端面上设置有沿圆周向均匀布置的圆形转子磁铁，所述转轮的外径圆柱表面上均匀设置有水斗，所述水斗的内腔由形状对称的左弧形凹腔和右弧形凹腔组成，水斗内腔的横截面为m形；所述机壳上固定设置有盘形定子，所述盘形定子的端面上具有无铁芯定子绕组；
所述转子轴的两端分别通过磁轴承安装在机壳上，且转子轴具有伸出磁轴承的圆锥顶尖，所述机壳上还固定有与圆锥顶尖的尖端配合的轴向限位块；
所述机壳上还设置有将高压水引入水斗的压力管道，所述压力管道相对于水斗的内腔对称面对称布置，且压力管道的出水口中心分别正对左弧形凹腔和右弧形凹腔的弧形最底部。
进一步，所述磁轴承的外圈和内圈在轴向上错位安装。
进一步，所述转轮的轴向两侧分别设置有一个盘形定子，所述转轮的端面上也设置有沿圆周向均匀布置的转子磁铁。
进一步，所述圆锥顶尖的尖端和轴向限位块的端面之间具有0.1～1mm的间隙。
本发明的有益效果：
本发明径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，其通过压力管道将水引入水斗驱动转子轴及转子转动实现发电，其采用盘形转子和盘形定子，使得转子在旋转过程中定子绕组能最大限度切割磁力线，发电效率高；并且当压力管道道来水时，对称水流的冲击力使转子轴两端顶尖脱离轴向光滑限位块，对称压力管道喷射出来的高压水柱能抵消转子轴上两端磁轴承产生的轴向极小的不平衡力，达到转子轴向永磁悬浮的目的，实现完全悬浮，转子轴旋转无机械摩擦，降低了摩擦损耗，能提高能量转化效率、延长发电机的使用寿命，同时其可实现免日常维护，电机成本和运行成本低，特别适合微水资源的发电。
附图说明
图1为本实施例径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机的立体分解结构示意图；
图2为在压力管道无水时，水斗向右偏离平衡位置状态示意图；
图3为在压力管道无水时，水斗向左偏离平衡位置状态示意图；
图4为在压力管道有水时，水斗在水流冲击作用下处于平衡位置状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图所示，本实施例径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，包括机壳和转子轴1，所述转子轴上固定设置有转轮2和盘形转子3，所述盘形转子的端面上设置有沿圆周向均匀布置的圆形转子磁铁4，所述转轮的外径圆柱表面上均匀设置有水斗5，所述水斗的内腔由形状对称的左弧形凹腔51和右弧形凹腔52组成，水斗内腔的横截面为m形；所述机壳上固定设置有盘形定子6，所述盘形定子的端面上具有无铁芯定子绕组7；
所述转子轴的两端分别通过磁轴承8安装在机壳上，且转子轴具有伸出磁轴承的圆锥顶尖9，所述机壳上还固定有与圆锥顶尖的尖端配合的轴向限位块10；
所述机壳上还设置有将高压水引入水斗的压力管道11，所述压力管道相对于水斗的内腔对称面对称布置，且压力管道的出水口中心分别正对左弧形凹腔和右弧形凹腔的弧形最底部。
本实施例径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，本其通过压力管道将水引入水斗驱动转子轴及转子转动实现发电，其采用盘形转子和盘形定子，使得转子在旋转过程中定子绕组能最大限度切割磁力线，发电效率高；当压力管道道无水时，转子径向磁悬浮，轴的一端顶在一个轴向光滑限位块上；当压力管道道来水时，对称水流的冲击力使转子轴两端顶尖脱离轴向光滑限位块，对称压力管道喷射出来的高压水柱能抵消转子轴上两端磁轴承产生的轴向极小的不平衡力，达到转子轴向永磁悬浮的目的，实现完全悬浮；转子轴旋转无机械摩擦，降低了摩擦损耗，能提高能量转化效率、延长发电机的使用寿命，同时其可实现免日常维护，电机成本和运行成本低，特别适合微水资源的发电。
作为对本实施例的优化，所述磁轴承的外圈81和内圈82在轴向上错位安装，使磁轴承对转子轴有少许轴向推力，靠近轴向限位块轴承外圈将轴承内圈和转子轴向转子轴中间方向推，而且此轴向推力与转子轴的转速成正比关系的原理，因此当转子高速旋转时，轴向推力越大，在两径向磁轴承的推力作用下，转子轴能更稳定的轴向悬浮在轴向限位块的中点。
作为对本实施例的优化，所述转轮2的轴向两侧分别设置有一个盘形定子，所述转轮的端面上也设置有沿圆周向均匀布置的转子磁铁4；在转轮的端面上也设置转子磁铁，能进一步提高本微水发电机的发电量。
作为对本实施例的优化，所述圆锥顶尖的尖端和轴向限位块的端面之间具有0.1～1mm的间隙，圆锥顶尖和轴向限位块留有间隙能保证转子轴自由转动，本实施例中的间隙大小设置合理，能避免间隙过大造成转子在轴向上严重脱离平衡位置。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，包括机壳和转子轴，其特征在于：所述转子轴上固定设置有转轮和盘形转子，所述盘形转子的端面上设置有沿圆周向均匀布置的圆形转子磁铁，所述转轮的外径圆柱表面上均匀设置有水斗，所述水斗的内腔由形状对称的左弧形凹腔和右弧形凹腔组成，水斗内腔的横截面为m形；所述机壳上固定设置有盘形定子，所述盘形定子的端面上具有无铁芯定子绕组；
所述转子轴的两端分别通过磁轴承安装在机壳上，且转子轴具有伸出磁轴承的圆锥顶尖，所述机壳上还固定有与圆锥顶尖的尖端配合的轴向限位块；
所述机壳上还设置有将高压水引入水斗的压力管道，所述压力管道相对于水斗的内腔对称面对称布置，且压力管道的出水口中心分别正对左弧形凹腔和右弧形凹腔的弧形最底部。
2.根据权利要求1所述的径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，其特征在于：所述磁轴承的外圈和内圈在轴向上错位安装。
3.根据权利要求1所述的径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，其特征在于：所述转轮的轴向两侧分别设置有一个盘形定子，所述转轮的端面上也设置有沿圆周向均匀布置的转子磁铁。
4.根据权利要求1所述的径向永磁悬浮冲击式直联微水发电机，其特征在于：所述圆锥顶尖的尖端和轴向限位块的端面之间具有0.1～1mm的间隙。
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