CN108386236A - 一种微型涡轮发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种微型涡轮发电机，包括：动力头、刚性联轴器和高速电机；动力头包括动力头转子，高速电机包括高速电机转子；刚性联轴器包括第一轴端盖和第二轴端盖；第一轴端盖的第一端部与动力头转子连接，第一轴端盖的第二端部与第二轴端盖的第二端部刚性连接，第二轴端盖的第一端部与高速电机转子连接。本发明实施例中，由于刚性联轴器限制了转动部件的位移偏差，从而避免了发电机运行过程中转动部件自身挠性振动，进一步避免了发电机的共振。与此同时，由于刚性联轴器具有零件少、重量轻和结构简单的特点，因此简化了微型涡轮发电机的结构，便于后期维护保养，降低了整体成本。

Description

一种微型涡轮发电机
技术领域
本发明实施例涉及发电机技术领域，更具体地，涉及一种微型涡轮发电机。
背景技术
微型涡轮发电机是一种小型分布式能源系统和发电装置，具有能源利用率高、环境污染小和经济效益好等特点，具备良好的发展前景，对于缓解能源紧张的局面具有重要意义。微型涡轮发电机具有动力头和高速电机两部分转动部件。相关技术中，通常采用挠性联轴器连接动力头转子和高速电机转子。但是，由于挠性联轴器允许转子有单独的轴向位移，且相连两转子对中可有一定的偏差，因此，在微型涡轮发电机的运行过程中，挠性联轴器的偏差会导致多点振动并引起共振，对微型涡轮发电机内部零件造成损坏。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种微型涡轮发电机。
本发明实施例提供一种微型涡轮发电机，包括：动力头、刚性联轴器和高速电机；动力头包括动力头转子，高速电机包括高速电机转子；刚性联轴器包括第一轴端盖和第二轴端盖；第一轴端盖的第一端部与动力头转子连接，第一轴端盖的第二端部与第二轴端盖的第二端部刚性连接，第二轴端盖的第一端部与高速电机转子连接。
其中，第一轴端盖的第二端部沿轴线方向向外突出形成第一轴，第二轴端盖的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第一孔，第一轴插入第一孔内；或者，第一轴端盖的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第二孔，第二轴端盖的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第二轴，第二轴插入第二孔内。
其中，通过锁紧螺母固定第一轴端盖及第二轴端盖。
其中，第一轴端盖的第一端部沿轴线方向向内凹陷形成第三孔，动力头转子的端部与第三孔过盈连接；第二轴端盖的第一端部沿轴线方向向内凹陷形成第四孔，高速电机转子的端部与第四孔过盈连接。
其中，动力头转子包括涡轮、空心轴和压气叶轮；空心轴的一端与涡轮的中心连接，空心轴的另一端与压气叶轮的中心的一端连接，压气叶轮的中心的另一端与第三孔过盈连接。
其中，动力头还包括第一空气轴承和空气轴承座；第一空气轴承环绕于空心轴外部，空气轴承座环绕于第一空气轴承外部。
其中，动力头还包括压气机面板和进气罩；压气机面板环绕于压气叶轮的外部，进气罩的一端与压气机面板连接，进气罩的另一端与高速电机的高速电机外壳连接，进气罩环绕于刚性联轴器的外部，进气罩上设置有进气口。
其中，高速电机还包括高速电机定子和第二空气轴承；高速电机定子环绕于高速电机转子中部的外部，第二空气轴承环绕于高速电机转子首部及尾部的外部。
其中，高速电机还包括高速电机外壳，高速电机外壳环绕于第二空气轴承及高速电机定子的外部。
其中，高速电机转子为中空结构。
本发明实施例提供的微型涡轮发电机，包括：动力头、刚性联轴器和高速电机；动力头包括动力头转子，高速电机包括高速电机转子；刚性联轴器包括第一轴端盖和第二轴端盖；第一轴端盖的第一端部与动力头转子连接，第一轴端盖的第二端部与第二轴端盖的第二端部刚性连接，第二轴端盖的第一端部与高速电机转子连接。由于刚性联轴器限制了转动部件的位移偏差，从而避免了发电机运行过程中转动部件自身挠性振动，进一步避免了发电机的共振。与此同时，由于刚性联轴器具有零件少、重量轻和结构简单的特点，因此简化了微型涡轮发电机的结构，便于后期维护保养，降低了整体成本。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述是示例性和解释性的，并不能限制本发明实施例。
附图说明
图1为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的转子连接结构示意图；
图3为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的第一轴端盖结构示意图；
图4为本发明实施例的一种微型涡轮发电机的第二轴端盖结构示意图；
图中，1：涡轮、2：空心轴、3：空气轴承座、4：第一空气轴承、5：压气叶轮、6：压气机面板、7：进气罩、8：第一轴端盖、9：第二轴端盖、10：高速电机转子、11：第二空气轴承、12：高速电机定子、13：高速电机外壳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明实施例的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明实施例，但不用来限制本发明实施例的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
微型涡轮发电机包括动力头和高速电机。通常由动力头产生机械能并将机械能传递至高速电机，高速电机将接收的机械能转化为电能以实现发电。相关技术中，通常采用例如挠性联轴器的挠性连接方式连接动力头及高速电机。由于挠性连接方式允许微型涡轮发电机中的各转动部件存在偏差，因此，转动部件在转动时可运动一定的位移，并在运动后与其他部件发生碰撞，从而产生机械振动。由于不同的转动部件位于微型涡轮发电机的不同部位，各转动部件产生的振动使微型涡轮发电机产生多点振动，多点振动会进一步导致机械共振。机械共振会对微型涡轮发电机的设备结构产生很大的变形和动应力，给微型涡轮发电机造成破坏性后果。针对上述情形，本发明实施例提供一种微型涡轮发电机。参见图1，包括：
动力头、刚性联轴器和高速电机；动力头包括动力头转子，高速电机包括高速电机转子10；刚性联轴器包括第一轴端盖8和第二轴端盖9；第一轴端盖8的第一端部与动力头转子连接，第一轴端盖8的第二端部与第二轴端盖9的第二端部刚性连接，第二轴端盖9的第一端部与高速电机转子10连接。
具体地，刚性联轴器是一种扭转刚性的联轴器，即使承受负载时也无任何回转间隙，即便是有偏差产生负荷时，刚性联轴器还是刚性传递扭矩。刚性联轴器用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩。在微型涡轮发电机中，动力头包括的动力头转子为主动轴，高速电机包括的高速电机转子10为从动轴。动力头转子主动转动，并通过刚性联轴器带动高速电机转子10转动。刚性联轴器具体包括第一轴端盖和第二轴端盖，动力头转子依次通过第一轴端盖及第二轴端盖与高速电机转子10连接。应当说明的是，相关技术中，轴端盖的作用通常是轴承外圈的轴向定位以及轴承工作工程中的防尘和密封。但本发明实施例中的第一轴端盖8和第二轴端盖9是针对动力头转子和高速电机转子10专门设计的连接件，其主要作用是组合形成刚性联轴器以实现动力头转子与高速电机转子之间的连接功能。
本发明实施例提供的微型涡轮发电机，包括：动力头、刚性联轴器和高速电机；动力头包括动力头转子，高速电机包括高速电机转子；刚性联轴器包括第一轴端盖和第二轴端盖；第一轴端盖的第一端部与动力头转子连接，第一轴端盖的第二端部与第二轴端盖的第二端部刚性连接，第二轴端盖的第一端部与高速电机转子连接。由于刚性联轴器限制了转动部件的位移偏差，从而避免了发电机运行过程中转动部件自身挠性振动，进一步避免了发电机的共振。与此同时，由于刚性联轴器具有零件少、重量轻和结构简单的特点，因此简化了微型涡轮发电机的结构，便于后期维护保养，降低了整体成本。
参见图3和图4，基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，提供一种第一轴端盖8的第二端部与第二轴端盖9的第二端部刚性连接的结构，包括但不限于：第一轴端盖8的第二端部沿轴线方向向外突出形成第一轴，第二轴端盖9的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第一孔，第一轴插入第一孔内；或者，第一轴端盖8的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第二孔，第二轴端盖9的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第二轴，第二轴插入第二孔内。具体地，为了实现第一轴端盖8与第二轴端盖9之间的刚性连接，可以采用上述两种方式。如图3和4所示，为其中的第一种实现方式，即第一轴端盖的第一轴插入第二轴端盖的第二孔内，以形成刚性连接。可以理解的是，第二种实现方式，即第二轴端盖的第二轴插入第一轴端盖的第二孔内，同样可以形成刚性连接。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，提供一种固定第一轴端盖和第二轴端盖的结构，包括但不限于：通过锁紧螺母固定第一轴端盖8及第二轴端盖9。具体地，锁紧螺母的外圆表面至内圆螺纹面之间钻有贯穿的均匀排列的螺纹孔，螺纹孔的数量可根据需求进行选择。以上述第一种实现方式为例，参见图3和图4，在将第一轴插入第一孔之前，可预先在第一轴及第一孔的外部分别固定地套设一个锁紧螺母。第一轴插入第一孔后，两个锁紧螺母可组成一个整体，两个锁紧螺母上对应设置的螺纹孔组成一个螺纹孔。然后可通过螺纹孔拧入沉头螺钉，从而将第一轴端盖8及第二轴端盖9进行固定。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，提供一种第一轴端盖与动力头转子以及第二轴端盖与高速电极转子连接的结构，包括但不限于：第一轴端盖8的第一端部沿轴线方向向内凹陷形成第三孔，动力头转子的端部与第三孔过盈连接；第二轴端盖9的第一端部沿轴线方向向内凹陷形成第四孔，高速电机转子10的端部与第四孔过盈连接。具体地，过盈连接是利用轴与孔的过盈值，装配后使零件表面产生弹性压力，从而获得紧固的联接。具体地，对于第一轴端盖8，动力头转子的尺寸大于第三孔的尺寸；对于第二轴端盖9，高速电机转子的尺寸大于第四孔的尺寸。过盈连接的结构简单，定心精度好，可承受转矩，轴向力或两者复合的载荷，而且承载能力高，在冲击振动载荷下也能较可靠的工作。过盈连接的加工方法可以采用压入法或温差法等，本发明实施例对此不作限定。
参见图2，基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，动力头转子包括涡轮1、空心轴2和压气叶轮5；空心轴2的一端与涡轮1的中心连接，空心轴2的另一端与压气叶轮5的中心的一端连接，压气叶轮5的中心的另一端与第三孔过盈连接。具体地，燃料燃烧产生的能量驱动涡轮1高速旋转，并通过空心轴2将动能传递给压气叶轮5及高速电机转子10。空心轴2用于传递涡轮1的动能，并且空心结构的空心轴与实心轴相比，抗扭强度好、重量较轻，并且对于空心轴外部的轴承的负荷较小，采用空心轴20000转/分钟就能够使动力头转子悬浮，而实心轴则需要更高的转速。涡轮1通过空心轴2能够驱动压气叶轮5转动，能够将新鲜空气加压、加温送入燃烧室使燃料燃烧，从而进一步驱动涡轮1旋转。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，动力头还包括第一空气轴承4和空气轴承座3；第一空气轴承4环绕于空心轴2外部，空气轴承座3环绕于第一空气轴承4外部。具体地，空气轴承又称为气浮轴承，指的是用气体(通常是空气，但也有可能是其它气体)作为润滑剂的滑动轴承，由于没有机械接触，磨损程度降到了最低，从而确保轴承内动力头转子的精度的稳定性。第一空气轴承4用于支持动力头转子在第一空气轴承4内部的高速转动。空气轴承座3套设在第一空气轴承4的外部，用于固定第一空气轴承4以及动力头的其他非旋转部件。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，动力头还包括压气机面板6和进气罩7；压气机面板6环绕于压气叶轮5的外部，进气罩7的一端与压气机面板6连接，进气罩7的另一端与高速电机的高速电机外壳13连接，进气罩7环绕于刚性联轴器的外部，进气罩7上设置有进气口。具体地，压气机面板6用于固定进气罩7以及动力头内其他非旋转部件。进气罩7用于连接动力头及高速电机外部的非旋转部件，即高速电机外壳13，进气罩7上开有进气口，空气可以通过进气口由压气叶轮5送入燃烧室。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，高速电机还包括高速电机定子12和第二空气轴承11；高速电机定子12环绕于高速电机转子10中部的外部，第二空气轴承11环绕于高速电机转子10首部及尾部的外部。具体地，高速电机定子12为高速电机内静止不动的部分，高速电机转子10相对于高速电机定子12转动能够将机械能转换为电能。第二空气轴承11用于支撑高速电机转子10在第二空气轴承11内的部分高速转动。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，高速电机还包括高速电机外壳13，高速电机外壳13环绕于第二空气轴承11及高速电机定子12的外部。具体地，高速电机外壳13设置在高速电机的最外层，用于固定高速电机的非旋转部件(包括第二空气轴承11和高速电机定子12)。
基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，高速电机转子10为中空结构。高速电机转子10设置为中空结构能够减少重量，在相同的旋转驱动力下能够获得更高的转速。
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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微型涡轮发电机，其特征在于，包括：动力头、刚性联轴器和高速电机；所述动力头包括动力头转子，所述高速电机包括高速电机转子；所述刚性联轴器包括第一轴端盖和第二轴端盖；所述第一轴端盖的第一端部与所述动力头转子连接，所述第一轴端盖的第二端部与所述第二轴端盖的第二端部刚性连接，所述第二轴端盖的第一端部与所述高速电机转子连接。
2.根据权利要求1所述的微型涡轮发电机，其特征在于：
所述第一轴端盖的第二端部沿轴线方向向外突出形成第一轴，所述第二轴端盖的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第一孔，所述第一轴插入所述第一孔内；或者，
所述第一轴端盖的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第二孔，所述第二轴端盖的第二端部沿轴线方向向内凹陷形成第二轴，所述第二轴插入所述第二孔内。
3.根据权利要求2所述的微型涡轮发电机，其特征在于，通过锁紧螺母固定所述第一轴端盖及所述第二轴端盖。
4.根据权利要求1所述的微型涡轮发电机，其特征在于：
所述第一轴端盖的第一端部沿轴线方向向内凹陷形成第三孔，所述动力头转子的端部与所述第三孔过盈连接；
所述第二轴端盖的第一端部沿轴线方向向内凹陷形成第四孔，所述高速电机转子的端部与所述第四孔过盈连接。
5.根据权利要求4所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述动力头转子包括涡轮、空心轴和压气叶轮；所述空心轴的一端与所述涡轮的中心连接，所述空心轴的另一端与所述压气叶轮的中心的一端连接，所述压气叶轮的中心的另一端与所述第三孔过盈连接。
6.根据权利要求5所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述动力头还包括第一空气轴承和空气轴承座；所述第一空气轴承环绕于所述空心轴外部，所述空气轴承座环绕于所述第一空气轴承外部。
7.根据权利要求5所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述动力头还包括压气机面板和进气罩；所述压气机面板环绕于所述压气叶轮的外部，所述进气罩的一端与所述压气机面板连接，所述进气罩的另一端与所述高速电机的高速电机外壳连接，所述进气罩环绕于所述刚性联轴器的外部，所述进气罩上设置有进气口。
8.根据权利要求1所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述高速电机还包括高速电机定子和第二空气轴承；所述高速电机定子环绕于所述高速电机转子中部的外部，所述第二空气轴承环绕于所述高速电机转子的首部及尾部的外部。
9.根据权利要求8所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述高速电机还包括高速电机外壳，所述高速电机外壳环绕于所述第二空气轴承及所述高速电机定子的外部。
10.根据权利要求1所述的微型涡轮发电机，其特征在于，所述高速电机转子为中空结构。
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