CN103532329A - 矿用低速无刷发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用低速无刷发电机，包括定子、转子及轴承，定子为连接有线圈组件的中心轴，转子包括依次固定连接并形成隔爆腔的前壳、转子盘及后壳，转子盘的内表面固定有永磁片，前壳、后壳的中心分别开有用于供中心轴穿过的前轴孔、后轴孔，前轴孔、后轴孔上分别凸设有前安装座、后安装座，前壳、后壳与转子盘的接合处设置平面隔爆接合面，前安装座、后安装座与中心轴的连接处设置转轴隔爆接合面，中心轴设有出线孔；本发明采用中心轴为定子，前壳、转子盘及后壳的连接体为转子，使得结构简单紧凑、体积较小、安装方便，适于与空间有限的避难舱、避难硐室配合使用；隔爆面可阻止内部的爆炸向外壳周围的爆炸性气体传播，增强了防爆性能。

Description

矿用低速无刷发电机

技术领域

本发明涉及一种发电机，特别涉及一种适于煤矿井下避难舱及避难硐室使用的低速无刷发电机。

背景技术

煤矿井下紧急避险系统是指在煤矿井下发生紧急情况下，为遇险人员安全避险提供生命保障的设施、设备、措施组成的有机整体。紧急避险系统建设的内容包括为入井人员提供自救器、建设井下紧急避险设施、合理设置避灾路线、科学制定应急预案等。当煤矿井下发生瓦斯或者煤层突出、爆炸、火灾、冒顶等事故时，井下巷道内可能出现有毒有害气体弥漫、巷道堵塞等突发情况，在无法安全撤离灾害现场时，遇险人员可快速进入紧急避险设施内等待救援。井下紧急避险设施是指在井下发生灾害事故时，为无法及时撤离的遇险人员提供生命保障的密闭空间，该设施对外能够抵御高温烟气、隔绝有毒有害气体，对内能提供通风、氧气、食物、水，并去除有毒有害气体，创造生存基本条件，为应急救援创造条件、赢得时间。

煤矿井下避难舱和避难硐室紧急避险系统建设的重要内容，在发生灾害时能够有效地保护避难人员。煤矿避难舱和避难硐室内装有CO、CO₂、CH₄、O₂和温湿度等传感器，可以帮助避难人员及时了解环境参数。目前避难舱和避难硐室内各种传感器基本采取的是井上定时充电或在舱（硐室）内设置蓄电池等供电方式，电量基本保证能够连续使用约106个小时。然而井下的灾情变幻莫测，如果在这一时间内没有成功救援，舱（硐室）内传感器和矿灯电量消失殆尽，则可能为避难人员的顺利避难、逃生带来严重影响。目前，体能发电主要应用于健身领域，还没有适于在煤矿井下使用的体能发电装置。当煤矿发生灾害时，紧急避险系统自身电源耗尽或电源故障，整个避险系统电力将停止供给，可能会造成严重后果。矿用体能发电装置在这种情况下就能发挥重要作用，可以在突发情况（如蓄电池故障）以及电源使用完时进行应急发电，保证传感器的正常工作，从而延长避难人员的避难时间、减少事故及人员伤亡，此外还可以起到锻炼的目的，在舱（硐室）内食物补给等充足的情况下，进行适量运动，可以缓解避难人员紧张的心情。因此，就需要开发一种矿用应急体能发电装置，该装置除了用于供避难人员运动以产生机械能的操作机及用于储蓄电能的蓄电池外，最为关键的部件还是用于将机械能转化为电能的发电机。但是，现有的发电机中，大型发电机的结构复杂、体积庞大，难以与空间有限的避难舱、避难硐室配合使用，而小型发电机则防爆性能不足，在易燃易爆的煤矿井下环境反而容易形成危险隐患。

因此，有必要开发一种适于煤矿井下避难舱及避难硐室使用的低速无刷发电机，使其结构简单紧凑、体积较小，适于与空间有限的避难舱、避难硐室配合使用，并且具有优良的防爆性能，杜绝发电时产生电弧、电火花引起井下火灾、爆炸等危险因素，增强在危险区域使用的安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适于煤矿井下避难舱及避难硐室使用的低速无刷发电机，使其结构简单紧凑、体积较小，适于与空间有限的避难舱、避难硐室配合使用，并且具有优良的防爆性能，杜绝发电时产生电弧、电火花引起井下火灾、爆炸等危险因素，增强了在危险区域使用的安全性。

本发明的矿用低速无刷发电机，包括定子、转子及轴承，所述定子为连接有线圈组件的中心轴，所述转子包括依次固定连接并形成隔爆腔的前壳、转子盘及后壳，所述转子盘的内表面固定有永磁片，所述前壳、后壳的中心分别开有用于供所述中心轴穿过的前轴孔、后轴孔，所述前轴孔、后轴孔上分别凸设有用于固定所述中心轴及所述轴承的前安装座、后安装座，所述前壳、后壳与所述转子盘的接合处设置平面隔爆接合面，所述前安装座、后安装座与所述中心轴的连接处设置转轴隔爆接合面，所述中心轴设有用于从所述隔爆腔中引出线缆的出线孔。

进一步，所述出线孔包括水平孔及竖直孔，所述水平孔与所述中心轴同轴，所述竖直孔垂直于所述水平孔且与所述隔爆腔连通。

进一步，还包括用于密封所述出线孔的密封垫，所述水平孔在距离末端开口的1/4至1/3处孔径增大形成用于安装所述密封垫的密封垫安装座，所述密封垫呈圆环状，所述密封垫安装座螺接有用于固定所述密封垫的出线螺栓，所述密封垫安装座与所述出线螺栓的接合处设置螺纹隔爆接合面。

进一步，所述前壳、后壳均呈圆盘状，所述转子盘呈圆环状，所述前壳、后壳的表面设有安装通孔，所述转子盘设有与所述安装通孔适配的安装盲孔，紧固螺钉通过所述安装通孔、安装盲孔将所述前壳、转子盘及后壳固定在一起。

进一步，所述永磁片粘接在所述转子盘的内表面。

进一步，还包括用于传动的变速飞轮，所述前安装座与所述前壳一体成型，所述后安装座与所述后壳一体成型，所述后安装座与所述变速飞轮固定连接。

进一步，所述线圈组件包括硅钢片及绕设在所述硅钢片上的铜线圈，所述硅钢片与所述中心轴连接，所述铜线圈的铜线为漆包线。

本发明的有益效果：本发明的矿用低速无刷发电机，采用中心轴为定子，前壳、转子盘及后壳的连接体为转子，使得结构简单紧凑、体积较小、安装方便，适于与空间有限的避难舱、避难硐室配合使用；无碳刷型式可大幅降低产生电弧、电火花的可能性，隔爆面可阻止内部的爆炸向外壳周围的爆炸性气体传播，增强了防爆性能，杜绝发电时产生电弧、电火花引起井下火灾、爆炸等危险因素，增强在危险区域使用的安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1的左视图，如图所示：本实施例的矿用低速无刷发电机，包括定子、转子及轴承9，所述定子为连接有线圈组件的中心轴1，所述转子包括依次固定连接并形成隔爆腔8的前壳2、转子盘3及后壳4，所述转子盘3的内表面固定有永磁片5，所述前壳2、后壳4的中心分别开有用于供所述中心轴1穿过的前轴孔、后轴孔，所述前轴孔、后轴孔上分别凸设有用于固定所述中心轴1及所述轴承9的前安装座21、后安装座41，所述前壳2、后壳4与所述转子盘3的接合处设置平面隔爆接合面61，所述前安装座21、后安装座41与所述中心轴1的连接处设置转轴隔爆接合面62，所述中心轴1设有用于从所述隔爆腔8中引出线缆的出线孔；本发电机为无刷发电机，无碳刷型式可大幅降低产生电弧、电火花的可能性，从而满足矿用防爆的要求，其正、负极缆线则从出线孔中引出；采用中心轴1为定子，前壳2、转子盘3及后壳4的连接体为转子，使得本发电机的结构简单紧凑、体积较小、安装方便，适于与空间有限的避难舱、避难硐室配合使用；转子在外力作用下旋转，定子支撑在体能发电装置的机架上，转子、定子相对运动从而引起切割磁感线运动产生电能；转子旋转的动力则通过前安装座21和/或后安装座41以链条传动方式传动；出线孔开设在中心轴1中，将产生的电能输出并能够避免线缆缠绕；前壳2、转子盘3及后壳4的连接体为隔爆型结构，把可能产生火花、电弧和危险温度的零部件均放入隔爆腔8，连接体使隔爆腔8与煤矿井下的易燃易爆环境隔开，而且连接体可以承受产生的爆炸压力而不损坏；由于前壳2、后壳4与转子盘3的接合处，以及前安装座21、后安装座41与中心轴1的连接处均不可避免地存在连接间隙，电气设备呼吸作用和气体渗透作用将使隔爆腔8可能存在爆炸性气体混合物而引发爆炸，在相关的连接处设置平面隔爆接合面61和转轴隔爆接合面62，这些隔爆接合面可冷却火焰、降低火焰传播速度或终止加速链，使火焰或危险的火焰生成物不能穿越连接间隙点燃外部爆炸性环境，从而达到隔爆目的；当然，由于结构较为简单、紧凑，同时考虑到避险人员在避险环境下的体能状况，本发电机比较适合在低速运行。

本实施例中，所述出线孔包括水平孔11a及竖直孔11b，所述水平孔11a与所述中心轴1同轴，所述竖直孔11b垂直于所述水平孔11a且与所述隔爆腔8连通；如图1所示，出线孔仅设在中心轴1的一端，为保持中心轴1的强度，设有出线孔的那一端轴径较大，从而也引起了前轴孔、后轴孔、前安装座21、后安装座41的大小有所差异；为了满足隔爆需求，出线孔的孔径只要足以引出线缆即可；出线孔呈“L”形，易于在中心轴1上进行加工制造，既能满足引线要求，也尽量降低对中心轴1的强度造成影响。

本实施例中，还包括用于密封所述出线孔的密封垫71，所述水平孔11a在距离末端开口的1/4至1/3处孔径增大形成用于安装所述密封垫71的密封垫安装座12，所述密封垫71呈圆环状，所述密封垫安装座12螺接有用于固定所述密封垫71的出线螺栓72，所述密封垫安装座12与所述出线螺栓72的接合处设置螺纹隔爆接合面63；密封垫71不仅用于密封出线孔，而且还是防爆结构的一部分，主要作用在于防爆，能够尽量防止爆炸性气体从出线孔进入隔爆腔8；密封垫71与出线螺栓72的中间均有孔，线缆从中间的孔伸出；出线螺栓72具有外螺纹，通过与水平孔11a的内螺纹配合进行连接并逐渐挤压密封垫71，以将密封垫71固定在密封垫安装座12上；螺纹隔爆接合面63与平面隔爆接合面61、转轴隔爆接合面62的作用相同，在此不再赘述；出线螺栓72与密封垫71之间还设有垫圈；出线螺栓72可以采用常见的矿用喇叭嘴。

本实施例中，所述前壳2、后壳4均呈圆盘状，所述转子盘3呈圆环状，所述前壳2、后壳4的表面设有安装通孔24，所述转子盘3设有与所述安装通孔24适配的安装盲孔34，紧固螺钉35通过所述安装通孔24、安装盲孔34将所述前壳2、转子盘3及后壳4固定在一起；前壳2、转子盘3、后壳4连接成一体后为一圆盘，做旋转运动时阻力较小；如图2所示，沿前壳2、后壳4外侧各均匀开设八个安装通孔24，每个安装通孔24与转子盘3侧面的安装盲孔34对应，紧固螺钉35插入安装通孔24、安装盲孔34以实现前壳2、转子盘3、后壳4的固定连接；这一连接结构连接稳固且可拆卸，便于安装维护。

本实施例中，所述永磁片5粘接在所述转子盘3的内表面；转子盘3内表面即其靠近隔爆腔8的那一面；采用粘接方式能够不破坏永磁片5的结构，不影响其所形成的磁场分布，且工艺快速、经济，使永磁片5长期、牢固地连接在转子盘3内表面；此外，粘接剂能够隔开转子盘3内表面与永磁片5，防止腐蚀。

本实施例中，还包括用于传动的变速飞轮（图中未示出），所述前安装座21与所述前壳2一体成型，所述后安装座41与所述后壳4一体成型，所述后安装座41与所述变速飞轮固定连接；一体成型的结构使前壳2、后壳4制作工艺简单，成本低，并且具有较高的强度和防爆性；如图2所示，前安装座21对应中心轴1设出线孔的一端，后安装座41外表面则设有螺纹与变速飞轮固定连接，变速飞轮通过链条与机架连接以传递机械力。

本实施例中，所述线圈组件包括硅钢片13及绕设在所述硅钢片13上的铜线圈14，所述硅钢片13与所述中心轴1连接，所述铜线圈14的铜线为漆包线；铜线圈14外表面是绝缘的，与相邻之间的铜线圈14也是绝缘的，主要作用是转子运转时切割永磁片5的磁场产生电能；硅钢片13优选以焊接方式固定在中心轴1上，连接稳固性高。

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 (7)

1.一种矿用低速无刷发电机，其特征在于：包括定子、转子及轴承，所述定子为连接有线圈组件的中心轴，所述转子包括依次固定连接并形成隔爆腔的前壳、转子盘及后壳，所述转子盘的内表面固定有永磁片，所述前壳、后壳的中心分别开有用于供所述中心轴穿过的前轴孔、后轴孔，所述前轴孔、后轴孔上分别凸设有用于固定所述中心轴及所述轴承的前安装座、后安装座，所述前壳、后壳与所述转子盘的接合处设置平面隔爆接合面，所述前安装座、后安装座与所述中心轴的连接处设置转轴隔爆接合面，所述中心轴设有用于从所述隔爆腔中引出线缆的出线孔。

2.根据权利要求1所述的矿用低速无刷发电机，其特征在于：所述出线孔包括水平孔及竖直孔，所述水平孔与所述中心轴同轴，所述竖直孔垂直于所述水平孔且与所述隔爆腔连通。

3.根据权利要求2所述的矿用低速无刷发电机，其特征在于：还包括用于密封所述出线孔的密封垫，所述水平孔在距离末端开口的1/4至1/3处孔径增大形成用于安装所述密封垫的密封垫安装座，所述密封垫呈圆环状，所述密封垫安装座螺接有用于固定所述密封垫的出线螺栓，所述密封垫安装座与所述出线螺栓的接合处设置螺纹隔爆接合面。

4.根据权利要求3所述的矿用低速无刷发电机，其特征在于：所述前壳、后壳均呈圆盘状，所述转子盘呈圆环状，所述前壳、后壳的表面设有安装通孔，所述转子盘设有与所述安装通孔适配的安装盲孔，紧固螺钉通过所述安装通孔、安装盲孔将所述前壳、转子盘及后壳固定在一起。

5.根据权利要求4所述的矿用低速无刷发电机，其特征在于：所述永磁片粘接在所述转子盘的内表面。

6.根据权利要求5所述的矿用低速无刷发电机，其特征在于：还包括用于传动的变速飞轮，所述前安装座与所述前壳一体成型，所述后安装座与所述后壳一体成型，所述后安装座与所述变速飞轮固定连接。

7.根据权利要求6所述的矿用低速无刷发电机，其特征在于：所述线圈组件包括硅钢片及绕设在所述硅钢片上的铜线圈，所述硅钢片与所述中心轴连接，所述铜线圈的铜线为漆包线。

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