CN103397974B - 磁悬浮水轮发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁悬浮水轮发电机，包括转子、定子和浮式管道；所述定子沿浮式管道内壁四周设置于进出水管口之间；所述转子设置于定子内并与定子轴线重合；所述转子和定子之间相配合部位分别设置有对转子具有径向作用力和轴向作用力的磁性部件，使得所述转子悬浮于定子所包围的内腔中。本发明提供给的水力发电机是利用平流水的动力推动水轮机旋转而发电，通过设置于转子和定子之间的电磁铁或永久磁铁产生对转子具有径向作用力和轴向作用力，使得所述转子悬浮于定子所包围的内腔中。转子旋转时不存在任何传动阻力；并且水流通过水轮机使其旋转，水轮机外延一周布置的永久磁铁不断切割磁感线产生电流使水轮发电机发电，提高了发电质量和发电效率。

Description

磁悬浮水轮发电机

技术领域

本发明涉及能源领域的一种水力发电装置，特别涉及一种磁悬浮水力发电机设备。

背景技术

在可再生资源的开发利用中，水电技术广受关注。其原理是通过流动的水对水轮做功来实现水力发电，传统水力发电须拦水筑坝，一般由水轮机、发电机、管道、阀门和电能管理等组成；目前的水轮发电机主要是通过水轮机经传动、变速装置来带动发电机转子旋转发电；独立的水轮机及传动变速装置等，不但增加制造成本，而且每一级装置都有其损耗，导致发电效率降低；修建水电站还必须根据具体的地理条件进行，还需具备水流落差方可建坝，必然造成大量水资源生态改变；而且环境之争，资源短缺的问题也日趋突出。

然而世界洋流、潮汐、江河中巨大的平流水资源十分丰富，待人类去开发利用，既可向社会提供丰富的清洁能源，又可免去日趋突出的环境之争带来的困扰。

但是，由于江河、洋流流速的变化，导致水能发电机中的水轮转速扭矩变化，使发电机产生的电力不稳定，引起电力系统质量波动，效率降低。因此需要改变发电机进水管的进水量和水轮桨叶角度，来调整不同流速的水流对水轮机产生一个平稳的冲击；但是这种调节的能力还比较有限，不能完全达到实际的需要，尤其是如浮管式水力发电机的主机，须要完全置于水下的状况，该流水量的调节难以到达理想的效果，阻碍了进一步提高发电质量和效率。

因此需要一种结构简单、着力直接、整体紧凑和发电效率更高的水力发电机的设备；尤其适用于对自然更加亲和的平流水发电设备。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑和发电效率高的水力发电机的设备。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的磁悬浮水轮发电机，包括转子、定子和浮式管道；所述定子沿浮式管道内壁四周设置于进出水管口之间；所述转子设置于定子内并与定子轴线重合；所述转子和定子之间相配合部位分别设置有对转子具有径向作用力和轴向作用力的磁性部件，使得所述转子悬浮于定子所包围的内腔中。

进一步，所述转子为轴流式水轮机。

进一步，所述转子为多角形水轮机或扇叶形水轮机。

进一步，所述磁性部件为永久磁铁或电磁铁。

进一步，所述定子外部还设置有电机防水罩。

进一步，所述定子内圈还设置有电机隔水环。

进一步，所述定子设置有定子线圈槽及线圈。

进一步，所述定子铁芯和水轮机外圈转子均设置有相同角度的锥度。

进一步，所述转子与定子之间设置有用于调整定子与转子间隙的间隙调节控制器。

进一步，所述间隙调节控制器，所述间隙调节控制器用于获取发电机定子中产生电力信号，并产生控制信号，通过所述控制信号改变电磁铁的磁力。

本发明的优点在于：本发明提供给的水力发电机是利用平流水的动力推动水轮机旋转而发电，通过设置于转子和定子之间的电磁铁或永久磁铁产生对转子具有径向作用力和轴向作用力，使得所述转子悬浮于定子所包围的内腔中。转子旋转时不存在任何传动阻力；并且水流通过水轮机使其旋转，水轮机外延一周布置的永久磁铁不断切割磁感线实现水轮发电机发电，提高了发电质量和发电效率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机剖视图；

图2为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机A-A横截面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机示意图；

图4为本发明实施例提供的多角形水轮机示意图；

图5为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机中定子结构示意图。

图中，磁悬浮发电机定子总承1、轴流式水轮机发电机转子2、电机防水罩3、定子线圈槽4、定子线圈5、进出水管连接栓孔6、电机端盖压紧螺栓孔7、外圈上一周均布的若干永久磁铁8、水轮机转子外圈9、水轮机内圈10、水轮机叶片11、可调整间歇12、多角形涡轮机外圈13、多角形涡轮机14、出水管压紧法兰15、电机端盖压紧螺栓16、电机端盖17、定子铁芯18、进水管压紧法兰19、进出水管连接螺栓20、导水环即轴向磁悬浮轴承座21、定子轴向磁悬浮永久磁铁22、转子径向磁悬浮永久磁铁23、转子轴向磁悬浮永久磁铁24、螺栓25、定子径向磁悬浮永久磁铁26、隔水环27、可调转子28、可调电磁铁29、内环状为锥度的定子铁芯30。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机剖视图，图2为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机A-A横截面结构示意图，图3为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机示意图，图4为本发明实施例提供的多角形涡轮机示意图，图5为本发明实施例提供的磁悬浮水轮发电机中定子结构示意图，如图所示：本发明提供的磁悬浮水轮发电机，包括转子、定子和浮式管道；所述定子沿浮式管道内壁四周设置于进出水管口之间；所述转子设置于浮式管道内腔中部；转子设置于定子内并与定子轴线重合，所述转子和定子之间相配合部位分别设置有对转子具有径向作用力和轴向作用力的磁性部件，使得所述转子悬浮于定子所包围的内腔中。

所述转子为轴流式水轮机，所述转子内的水轮机为多角形涡轮机或扇叶形水轮机，所述磁性部件为永久磁铁，所述定子外部还设置防水罩；所述定子设置有定子线圈槽，所述定子铁芯和水轮机外圈转子均设置有相同角度的锥度，所述转子与定子之间设置有可调间隙。

所述间隙调节控制器，所述间隙调节控制器在用于获取定子中产生的电流或电压信号时，产生控制信号，通过所述控制信号改变电磁铁的磁力，从而调整定子与转子间隙，以此实现对转子转速和扭矩的控制。

磁悬浮水轮发电机：

本实施例提供的磁悬浮水轮发电机包括的主要结构有磁悬浮发电机定子总承1和轴流式水轮机发电机转子2，轴流式水轮机发电机转子2包括永久磁铁8、水轮机转子外圈9、水轮机内圈10、水轮机叶片11、转子径向磁悬浮永久磁铁23、转子轴向磁悬浮永久磁铁24；磁悬浮发电机定子总承1包括定子线圈槽4和定子线圈5，定子线圈槽4设置于定子铁芯18内圈的一端，定子线圈5设置于定子线圈槽4中，电机防水罩3设置于定子铁芯18外圈上，隔水环27设置于定子铁芯18内紧贴一周；在浮式管道上设置有进出水管连接栓孔6和电机端盖压紧螺栓孔7，出水管通过设置于浮式管道上的出水管压紧法兰15连接，发电机的电机端盖17，定子径向磁悬浮永久磁铁26设置于发电机的电机端盖17内一周，通过电机端盖压紧螺栓16固定于浮式管道上，进水管通过设置于浮式管道上的进水管压紧法兰19与进出水管连接栓孔6连接，进出水管连接栓孔6上还设置有进出水管连接螺栓20用于固定连接。

水轮机叶片根据水流速和水轮机过水部位直径具体需要，选择安装多角形水轮、扇叶形水轮机叶片11等多种形状的轴流式水轮机；在发电机进出水端设置有导水环，该导水环同时作为轴向磁悬浮轴承座21设置有定子轴向磁悬浮永久磁铁22，该导水环通过螺栓25固定在浮式管道上，水轮机转子外圈9或中段为锥度的水轮机外圈可调转子28的外延与定子轴承座21上的定子轴向磁悬浮永久磁铁22、转子轴向磁悬浮永久磁铁24、转子径向磁悬浮永久磁铁23、定子径向磁悬浮永久磁铁26，构成具有径向和轴向推力的磁悬浮轴承，使水轮始终悬浮在定子铁芯18或内环状为锥度的定子铁芯30中，与水轮外延一周布置的永久磁铁8相对应作用的位置，中段为锥度的水轮机外圈可调转子28，水轮机转子外圈9与定子外部固定座上的永久磁铁相符配合作用，形成一个具有径向推力和轴向推力的磁悬浮轴承，外圈即转子旋转时不存在任何传动阻力；水流通过水轮使其旋转，水轮外延一周布置的永久磁铁8不断切割磁感线产生电流使水轮发电机发电。本实施例中的永久磁铁外部设置有一个可调整间隙12空间，一周均布的若干可调电磁铁29，在水流速度变化时，发电机转速随之发生变化，通过采集发电机电力信号，对可调电磁铁29磁力进行调控，改变调整间隙12发电机的扭矩产生变化，从而稳定发电机转速，实现发电机的发电质量更加稳定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.磁悬浮水轮发电机，其特征在于：包括转子、定子和浮式管道；所述定子沿浮式管道内壁四周设置于进出水管口之间；所述转子设置于定子内并与定子轴线重合；所述转子和定子之间相配合部位设置有对转子具有径向作用力和轴向作用力的磁性部件，使得所述转子悬浮于定子所包围的内腔中，所述定子与转子间设置有可调整间隙，所述转子与定子之间设置有用于调整定子与转子间隙的间隙调节控制器；所述间隙调节控制器用于获取发电机定子中产生电力信号，并产生控制信号，通过所述控制信号改变可调电磁铁的磁力；所述定子外部还设置有电机防水罩；所述定子内圈还设置有电机隔水环。

2.  根据权利要求1所述的磁悬浮水轮发电机，其特征在于：所述转子为轴流式水轮机。

3.  根据权利要求1所述的磁悬浮水轮发电机，其特征在于：所述转子为多角形水轮机或扇叶形水轮机。

4.  根据权利要求1所述的磁悬浮水轮发电机，其特征在于：所述磁性部件为永久磁铁或电磁铁。

5.  根据权利要求1所述的磁悬浮水轮发电机，其特征在于：所述定子设置有定子线圈槽及线圈。

6.  根据权利要求2或3所述的磁悬浮水轮发电机，其特征在于：所述定子铁芯和水轮机外圈转子均设置有相同角度的锥度。