CN110601422B - 一种垂直轴双转子水力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发电设备技术领域，具体涉及一种垂直轴双转子水力发电机，其主体结构包括发电机主体、上水轮机和下水轮机，上水轮机和下水轮机分别向相反方向旋转运动；发电机主体主结构包括外壳端盖、外壳、固定座、上外壳轴承、绕组转子上端盖、绕组转子外壳、绕组转子下端盖、转子轴承、绕组、永磁转子、永磁转子轴、双层轴承、连接件、下外壳轴承、集电环组件和磁悬浮减重组件；本发明所设计的垂直轴双转子水力发电机设计合理，原理可靠，发电机的绕组和磁铁绕组均作为转子向相反方向转动，提高了发电的效率，且易于制造和安装，应用环境友好。
Description
技术领域：
本发明属于发电设备技术领域，具体涉及一种一种垂直轴双转子水力发电机，利用绕组和磁铁双转子的反向旋转，提高发电效率。
背景技术：
水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。传统的发电设备一般为定子固定，转子相对定子旋转，其发电效率较低，为了提高发电机的发电效率，人们研发出了双转子发电机。双转子发电机的绕组和磁铁同时向相反方向转动，提高了发电的效率。
现有技术中，申请号为200910119410.7的发明专利，公开了一种双转子发电机，发电机主体由内到外依次包括：转轴、第一转子、第一定子、绝缘架、第二转子、第二定子和外壳，主体前后端设有台阶轴套，外壳两端设有端盖；第一转子与转轴连接并和转轴一起旋转；第一定子上的槽孔中设有第一线圈绕组；绝缘架用于内连接第一定子、外连接第二转子，并使后两者绝缘；第二转子、绝缘架和第一定子一起向与第一转子相反方向旋转；第二定子的槽孔中设有第二线圈绕组；台阶轴套外圈小孔连接绝缘架，内孔穿过转轴，其中前端台阶轴套内圈小孔连接驱动轮；转轴外、台阶轴套台阶外设有第一轴承、第二轴承。申请号为201310655138.0的实用新型专利，公开了一种卧式双转子发电机,发电机由外至内依次设有绕线定子、内转子、外转子和转轴，所述的绕线定子通过前后端盖上的轴承固定在转轴上，所述的外转子与转轴固接，并由其驱动旋转，所述的内转子通过两端轴承固定在转轴上，所述的转轴与动力机联接。上述现有技术均使用了双转子结构，两个转子向相反的方向旋转，提高了发电效率，但并未在现有技术中发现双转子水力发电机，尤其是适用于水坝的大型水力发电机。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，针对普通水力发电机发电效率较低，现有的双转子发电机无法应用于水力发电领域的问题，在能够批量生产制造，结构合理，成本低廉的条件下，寻求设计一种垂直轴双转子水力发电机。
为了实现上述目的，本发明涉及的垂直轴双转子水力发电机，其主体结构包括发电机主体、上水轮机和下水轮机，上水轮机和下水轮机分别向相反方向旋转运动；发电机主体主结构包括外壳端盖、外壳、固定座、上外壳轴承、绕组转子上端盖、绕组转子外壳、绕组转子下端盖、转子轴承、绕组、永磁转子、永磁转子轴、双层轴承、连接件、下外壳轴承、集电环组件和磁悬浮减重组件；外壳端盖设置在外壳的上方开口处，使用螺栓固定，设置在外壳主体下部的固定座与地面基础固定连接；绕组转子上端盖、绕组转子外壳和绕组转子下端盖均设置在外壳内部，绕组转子上端盖通过上外壳轴承与外壳转动式连接，绕组转子外壳分别与绕组转子上端盖和绕组转子下端盖固定式连接，绕组固定设置在绕组转子外壳的内部；永磁转子轴的上端伸入绕组转子外壳和绕组转子下端盖内部，通过转子轴承与绕组转子上端盖转动式连接，永磁转子轴的下端在绕组转子下端盖外与下水轮机固定连接；永磁转子固定在永磁转子轴上部与绕组相对应；外壳、绕组转子下端盖和永磁转子轴通过双层轴承转动式连接。
本发明所述的双层轴承由外圈、内圈、法兰中套、球体和螺纹孔构成；外圈与法兰中套之间设置有一组球体，法兰中套与内圈之间设置有一组球体，使外圈、内圈与法兰中套两两之间均能相对旋转运动；法兰中套上围绕轴心均匀设置有多个螺纹孔；法兰中套的上端与绕组转子下端盖下部轴状一端固定连接，法兰中套的下端与连接件固定连接，同时连接件与上水轮机固定连接；双层轴承的内圈内侧与永磁转子轴固定，外圈的外侧固定在外壳上。
本发明所述的集电环组件包括集电环、碳刷架和碳刷；集电环套装在绕组转子上端盖的轴状部位，集电环与绕组电连接，碳刷架固定设置在外壳内部，碳刷通过弹簧固定在碳刷架上，碳刷与集电环相接触并通过弹簧压紧。
本发明所述的磁悬浮减重组件包括内磁环组和外磁环组；内磁环组和外磁环组均为环状磁体，内磁环组设置在绕组转子外壳内部，内磁环组的上半部固定在永磁转子的下方，内磁环组的下半部设置在绕组转子下端盖内侧与上半部相对；外磁环组的上半部设置在绕组转子下端盖的外侧，外磁环组的下半部设置在外壳的内侧与上半部相对；内磁环组和外磁环组的上半部与下半部之间留有间隙，相对面的磁极相同，利用磁力减轻上外壳轴承和转子轴承因为转子的重力而产生的轴向负荷，减小轴承磨损。
本发明与现有技术相比，所设计的垂直轴双转子水力发电机设计合理，原理可靠，发电机的绕组和磁铁绕组均作为转子向相反方向转动，提高了发电的效率，且易于制造和安装，应用环境友好。
附图说明：
图1为本发明涉及的垂直轴双转子水力发电机的主体结构原理示意图。
图2为本发明涉及的发电机主体的结构原理示意图。
图3为本发明涉及的双层轴承的结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例：
本实施例涉及的垂直轴双转子水力发电机，其主体结构包括发电机主体1、上水轮机21和下水轮机22，上水轮机21和下水轮机22分别向相反方向旋转运动；发电机主体1主结构包括外壳端盖2、外壳3、固定座4、碳刷架5、碳刷6、集电环7、上外壳轴承8、绕组转子上端盖9、绕组转子外壳10、绕组转子下端盖11、转子轴承12、绕组13、永磁转子14、永磁转子轴15、内磁环组16、外磁环组17、双层轴承18、连接件19和下外壳轴承20；外壳端盖2设置在外壳3的上方开口处，使用螺栓固定，设置在外壳3主体下部的固定座4与地面基础固定连接；绕组转子上端盖9、绕组转子外壳10和绕组转子下端盖11均设置在外壳3内部，绕组转子上端盖9通过上外壳轴承8与外壳3转动式连接，绕组转子外壳10分别与绕组转子上端盖9和绕组转子下端盖11固定式连接，绕组13固定设置在绕组转子外壳10的内部；永磁转子轴15的上端伸入绕组转子外壳10和绕组转子下端盖11内部，通过转子轴承12与绕组转子上端盖9转动式连接，永磁转子轴15的下端在绕组转子下端盖11外与下水轮机22固定连接；永磁转子14固定在永磁转子轴15上部与绕组13相对应；集电环7套装在绕组转子上端盖9的轴状部位，集电环7与绕组13电连接，碳刷架5固定设置在外壳3内部，碳刷6通过弹簧固定在碳刷架5上，碳刷6与集电环7相接触并通过弹簧压紧，传输绕组13上产生的电能；
内磁环组16和外磁环组17均为环状磁体，内磁环组16设置在绕组转子外壳10内部，内磁环组16的上半部固定在永磁转子14的下方，内磁环组16的下半部设置在绕组转子下端盖11内侧与上半部相对；外磁环组17的上半部设置在绕组转子下端盖11的外侧，外磁环组17的下半部设置在外壳3的内侧与上半部相对；内磁环组16和外磁环组17的上半部与下半部之间留有间隙，相对面的磁极相同，利用磁力减轻上外壳轴承8和转子轴承12因为转子的重力而产生的轴向负荷，减小轴承磨损。
双层轴承18由外圈23、内圈24、法兰中套25、球体26和螺纹孔26构成；外圈23与法兰中套25之间设置有一组球体26，法兰中套25与内圈24之间设置有一组球体26，使外圈23、内圈24与法兰中套25两两之间均能相对旋转运动；法兰中套25上围绕轴心均匀设置有多个螺纹孔27；法兰中套25的上端与绕组转子下端盖11下部轴状一端固定连接，法兰中套25的下端与连接件19固定连接，同时连接件19与上水轮机21固定连接；双层轴承18的内圈24内侧与永磁转子轴15固定，外圈23的外侧固定在外壳3上。
本实施例在工作时旋转部件可分为正旋转部分和反旋转部分，正旋转部分包括集电环7、绕组转子上端盖9、绕组转子外壳10、绕组转子下端盖11、绕组13、连接件19和上水轮机21；反旋转部分包括永磁转子14、永磁转子轴15和下水轮机22；水流冲击上水轮机21做正向旋转，下水轮机22做反向旋转，使得绕组13和永磁转子14分别向相反的方向旋转增大相对转速，产生的电能经集电环和碳刷传递至发电机外。
Claims (3)
1.一种垂直轴双转子水力发电机，其特征在于：主体结构包括发电机主体、上水轮机和下水轮机，上水轮机和下水轮机分别向相反方向旋转运动；发电机主体主结构包括外壳端盖、外壳、固定座、上外壳轴承、绕组转子上端盖、绕组转子外壳、绕组转子下端盖、转子轴承、绕组、永磁转子、永磁转子轴、双层轴承、连接件、下外壳轴承、集电环组件和磁悬浮减重组件；外壳端盖设置在外壳的上方开口处，使用螺栓固定，设置在外壳主体下部的固定座与地面基础固定连接；绕组转子上端盖、绕组转子外壳和绕组转子下端盖均设置在外壳内部，绕组转子上端盖通过上外壳轴承与外壳转动式连接，绕组转子外壳分别与绕组转子上端盖和绕组转子下端盖固定式连接，绕组固定设置在绕组转子外壳的内部；永磁转子轴的上端伸入绕组转子外壳和绕组转子下端盖内部，通过转子轴承与绕组转子上端盖转动式连接，永磁转子轴的下端在绕组转子下端盖外与下水轮机固定连接；永磁转子固定在永磁转子轴上部与绕组相对应；外壳、绕组转子下端盖和永磁转子轴通过双层轴承转动式连接；
所述双层轴承由外圈、内圈、法兰中套、球体和螺纹孔构成；外圈与法兰中套之间设置有一组球体，法兰中套与内圈之间设置有一组球体，使外圈、内圈与法兰中套两两之间均能相对旋转运动；法兰中套上围绕轴心均匀设置有多个螺纹孔；法兰中套的上端与绕组转子下端盖下部轴状一端固定连接，法兰中套的下端与连接件固定连接，同时连接件与上水轮机固定连接；双层轴承的内圈内侧与永磁转子轴固定，外圈的外侧固定在外壳上。
2.根据权利要求1所述的垂直轴双转子水力发电机，其特征在于：所述集电环组件包括集电环、碳刷架和碳刷；集电环套装在绕组转子上端盖的轴状部位，集电环与绕组电连接，碳刷架固定设置在外壳内部，碳刷通过弹簧固定在碳刷架上，碳刷与集电环相接触并通过弹簧压紧。
3.根据权利要求1所述的垂直轴双转子水力发电机，其特征在于：所述磁悬浮减重组件包括内磁环组和外磁环组；内磁环组和外磁环组均为环状磁体，内磁环组设置在绕组转子外壳内部，内磁环组的上半部固定在永磁转子的下方，内磁环组的下半部设置在绕组转子下端盖内侧与上半部相对；外磁环组的上半部设置在绕组转子下端盖的外侧，外磁环组的下半部设置在外壳的内侧与上半部相对；内磁环组和外磁环组的上半部与下半部之间留有间隙，相对面的磁极相同，利用磁力减轻上外壳轴承和转子轴承因为转子的重力而产生的轴向负荷，减小轴承磨损。
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