CN110994823A - 一种电机、转子系统及微型燃气轮机发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机、转子系统及微型燃气轮机发电机组，其中电机包括：电机轴、电机定子、电机壳体；所述电机定子套设于所述电机轴并与电机轴在径向上保持一定的间隙，所述电机壳体罩设于所述电机定子的外周；其中，所述电机定子上设置有轴向贯穿所述电机定子的多个进气道。本发明中，电机的定子部分设置有进气道，压气机的进气可通过发电机的定子中的进气道进入压气机，一方面压气机的进气可以冷却发电机定子的线圈绕组，另一方面电机不会阻挡压气机的进气，压气机的进气则更加充分；同时本申请的电机其轴向长度短，有利于提高使用该电机的转子系统的整体转子动力学特性。

Description

一种电机、转子系统及微型燃气轮机发电机组

技术领域

本发明涉及电机相关技术领域，尤其涉及一种电机、转子系统及微型燃气轮机发电机组。

背景技术

现有的燃气轮机发电机组都是中型或重型机组，多用于航空、轮船等场合，功率等级为数百千瓦到数千千瓦，这个功率等级的机组构造复杂，操作困难，不便于修理和维护，且不利于快速安装和搬运，从而无法满足分布式供电的小规模、分散式需求。为了满足其运行要求，零部件的工艺和结构都很复杂，比如一个叶片的成本就可达几十万，成本高昂；且在一台燃气轮机的生命周期内，维护成本相当于一台或两台燃气轮机的价格。

微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为25～300kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械以及回热循环。微型燃气轮机发电机组通常是包括同轴安装的发电机和微型燃气轮机。具体地，微型燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件。空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，然后供给燃烧室与燃料混合燃烧，其产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功，推动透平转动，透平进而带动发电机发电。

由于发电机包括磁性部件及线圈绕组等，所以发电机无法安装于转子系统的热端，即透平一侧。现有技术中通常将发电机安装于微型燃气轮机的进气端，即压气机的进气端。但是将发电机安装于转子系统的进气端容易阻挡压气机的进气，造成压气机进气不充分。为了解决上述问题，现有技术中，也有提出将发电机和压气机在轴向上间隔一定的距离，以保证压气机充足的进气；但是该方案会造成整个转子系统在轴向上的长度加长，转子系统的轴向长度加长会影响到整个转子系统运行的平稳性和转子动力学特性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电机、转子系统及微型燃气轮机发电机组，电机的定子部分设置有进气道，压气机的进气可通过发电机的定子中的进气道进入压气机，一方面压气机的进气可以冷却发电机定子的线圈绕组，另一方面电机不会阻挡压气机的进气，压气机的进气则更加充分；同时本发明的电机其轴向长度短，有利于提高使用该电机的转子系统的整体转子动力学特性。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种电机，包括：电机轴、电机定子、电机壳体；

所述电机定子套设于所述电机轴并与电机轴在径向上保持一定的间隙，所述电机壳体罩设于所述电机定子的外周；

其中，所述电机定子上设置有轴向贯穿所述电机定子的多个进气道。

进一步的，所述电机定子包括定子铁芯和定子绕组；

所述定子铁芯呈圆柱体状，且在圆柱体的中心位置形成有供所述电机轴安装的通孔；

所述定子铁芯的外径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体的周向均布的多个外线槽，所述定子铁芯的内径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体周向均布的多个内线槽；

所述定子绕组沿圆柱体的轴向缠绕于所述外线槽和内线槽内，且在内线槽内形成所述进气道。

进一步的，所述定子铁芯的外径侧形成有沿圆柱体的轴向和径向外侧延伸、沿圆柱体的周向均布的多个第一绕组隔板，所述定子铁芯的内径侧形成有沿圆柱体的轴向和径向内侧延伸、沿圆柱体周向均布的多个第二绕组隔板；

所述第二绕组隔板靠近圆柱体圆心的一端形成所述通孔，第一绕组隔板与第二绕组隔板在圆柱体的外径侧和内径侧相对设置，相邻的两个第一绕组隔板和圆柱体的外周面形成所述外线槽，相邻的第二绕组隔板和圆柱体的内周面形成所述内线槽；

所述定子绕组布置后，其和相邻的两个第二绕组隔板构成所述进气道。

进一步的，所述定子铁芯是由多个形状完全相同的硅钢片沿圆柱体的轴向方向叠加压制而成。

进一步的，所述定子铁芯的两端对应外线槽和内线槽的位置设置端面线槽。

进一步的，所述定子铁芯的表面涂有绝缘层或涂刷有绝缘漆。

进一步的，所述外线槽和所述内线槽设置为10个或16个或18个或24个。

进一步的，所述电机两端不设置端盖；

或者，所述电机两端设置端盖，在所述端盖上设置网状气孔。

根据本发明的另一方面，提供一种转子系统，包括：

转轴，所述转轴为一体成型结构；

所述转轴上依次设有一体式轴承、电机、径向轴承、压气机和透平；

其中，所述电机为上述的电机，所述电机的进气道与所述压气机的进气连通。

根据本发明的另一方面，提供一种微型燃气轮机发电机组，包括上述的转子系统。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中，由于设置有进气道，当本发明的电机用到背景技术中所提到的微型燃气轮机发电机组中时，压气机的进气则可通过所述进气道进入压气机，使得压气机的进气更为充分，同时，通过进气道的常温空气能过对电机定子起到一定的冷却作用。

2、本发明的电机用于转子系统时，可大幅缩短整个转子系统的轴向长度，提高转子系统的运转平稳性。

3、本发明的转子系统及微型燃气轮机发电机组中，由于电机定子具有进气道，因此压气机的进气可以通过定子的进气道进入压气机，在不增加转子系统的轴向长度的前提下，也不会阻挡压气机的进气，同时压气机的进气能过对电机的定子绕组和转子进行冷却，提高了转子系统和微型燃气轮机发电机组的稳定性和使用寿命。

附图说明

图1为本发明的电机结构图。

图2为本发明的电机的半剖图。

图3为本发明的电机定子铁芯结构图。

图4为本发明的硅钢片结构图。

图5为本发明的端面线槽结构图。

图6为本发明的转子系统结构原理图。

图7为本发明的实施例一体式气体轴承结构图。

图8为本发明的实施例一第一轴承本体主视图。

图9为本发明的实施例一第一轴承本体左视图。

图10为本发明的实施例一环形槽结构图。

图11为本发明的实施例一第一空气槽结构图。

图12为本发明的实施例一第二空气槽结构图。

图13为本发明的另一种转子系统结构原理图。

图14为本发明的实施例二的防转构件结构图一。

图15为图14中沿A-A的剖视图。

图16为本发明的实施例二的防转构件结构图二。

图17为图16中沿A-A的剖视图。

图18为本发明的实施例二的防转构件结构图三。

图19为图18中沿A-A的剖视图。

图20为本发明的实施例二的防转构件结构图四。

图21为图20中沿A-A的剖视图。

图22为本发明的实施例二的防转构件结构图五。

图23为图22中沿A-A的剖视图。

图24为本发明的实施例二的防转构件结构图六。

图25为图24中沿A-A的剖视图。

图26为本发明的实施例三的防转构件结构图一。

图27为图26中沿A-A的剖视图。

图28为本发明的实施例三的防转构件结构图二。

图29为图28中沿A-A的剖视图。

图30为本发明的实施例三的防转构件结构图三。

图31为图30中沿A-A的剖视图。

图32为本发明的实施例三的防转构件结构图四。

图33为图32中沿A-A的剖视图。

图34为本发明的实施例三的防转构件结构图五。

图35为图34中沿A-A的剖视图。

图36为本发明的实施例三的防转构件结构图六。

图37为图36中沿A-A的剖视图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本发明作进一步说明。

根据本发明的一个方面，提供一种电机。

如图1所示，电机400包括：电机定子410、电机转子(该图中未示出)、电机壳体430，电机定子420套设于转轴100，并且与转轴100在径向上保持一定的间隙，电机壳体430罩设于所述电机定子410的外周，所述电机定子410上设置有轴向贯穿所述电机定子410的多个进气道440。

由于设置有进气道440，压气机500的进气则可通过所述进气道440进入压气机500，使得压气机500的进气更为充分，同时，通过进气道440的常温空气能过对电机定子410起到一定的冷却作用。

具体地，上述进气道440的形成可通过以下结构和绕线方式来实现。参见图2，为电机的半剖图；及图3，电机定子铁芯411的结构图。

电机定子410包括定子铁芯411和定子绕组412，定子铁芯411呈圆柱体状，且在圆柱体的中心位置形成有供转轴100安装的通孔4111；所述定子铁芯411的外径侧形成有沿圆柱体的轴向和径向外侧延伸、沿圆柱体的周向均布的多个第一绕组隔板4112，所述定子铁芯411的内径侧形成有沿圆柱体的轴向和径向内侧延伸、沿圆柱体的周向均布的多个第二绕组隔板4113，所述第二绕组隔板4113靠近圆柱体圆心的一端形成所述通孔4111。第一绕组隔板4112与第二绕组隔板4113在圆柱体的外径侧和内径侧相对设置，相邻的两个第一绕组隔板4112和圆柱体的外周面形成外线槽4114，相邻的第二绕组隔板4113和圆柱体的内周面形成内线槽4115，定子绕组412沿圆柱体的轴向缠绕于所述外线槽4114和内线槽4115内，所述定子绕组412和相邻的两个第二绕组隔板4113构成进气道440。

可选地，所述定子铁芯411由多个形状完全相同的硅钢片4116沿圆柱体的轴向方向叠加压制而成，硅钢片结构如图4所示。

通过上述定子铁芯411结构的设置，使得定子绕组412能够缠绕于定子铁芯411的外线槽4114和内线槽4115内，同时在内线槽4115内布完定子绕组后，仍形成有进气道440。因此，本结构中电机400的定子绕组412大部分位于线槽内，且在定子铁芯411的两端只有很少的定子绕组漏出。而常规的电机采用常规的绕线方式，整个绕组位于定子铁芯的内侧，因定子铁芯内侧的空间有限，很难形成规则的进气道，即便形成进气道，其进气道也很狭窄，不利于气体的通过，并且在定子铁芯的两端会形成有蘑菇状的绕组。两者相比，本结构的电机400在轴向上长度缩短，整体体积减少。因此，本结构的电机400用于转子系统时，可大幅缩短整个转子系统的轴向长度，提高转子系统的运转平稳性。同时，本结构的电机400在电机定子410上形成有供空气或者冷却空气通过的进气道440，这样既有利于电机定子410和转轴100的散热，同时当该电机400用在压气机或者其他需要进气的设备前端时，不会阻挡后端设备的进气，也不会增加转子系统的轴向长度。

可选地，如图5所示，上述定子铁芯411的结构还可以进一步优化，即在定子铁芯411的两端对应外线槽4114和内线槽4115的位置设置端面线槽4117，这样可以将整个绕组设置于线槽内，使得电机400的整体布线更加整洁干净。

可选地，定子铁芯411的表面涂有绝缘层或者涂刷有绝缘漆。

可选地，所述第一绕组隔板4112和所述第二绕组隔板4113设置为10个、16个、18个、24个等。

可选地，为了便于电机定子410、以及转轴100的散热以及进气道440的进气，本结构的电机400两端可以不设置端盖，或者两端设置端盖，但是在两端的端盖上设置网状气孔。

根据本发明的一个方面，提供一种使用本发明的电机的转子系统。

如图6所示，其包括：

转轴100，转轴100包括一体成型的第一轴段110和第二轴段120，第一轴段110的直径大于第二轴段120的直径，第一轴段110和第二轴段120的过渡处形成有台阶面130；

依次设置于转轴100上的一体式轴承200、电机400、径向轴承300、压气机500、透平600，其中一体式轴承200、电机400、径向轴承300设置于第一轴段110上，压气机500和透平600设置于第二轴段120上，压气机500的一端与台阶面130抵接；

其中，一体式轴承200和电机400上设置有第一进气道P1，第一进气道P1与压气机500的进气连通。

通过上述转子系统的布局，以及在一体式轴承200和电机400上设置进气道，使得本发明的转子系统结构紧凑、简单；且轴承及电机的安装不会阻挡压气机500的进气，同时转子系统的轴向尺寸短，转子系统的运转平稳性好。

作为优选，一体式轴承200上的进气道与电机400上的进气道相对设置，并和压气机500的进气相通。这样既可以使得压气机500的进气更加畅通，同时压气机500的进气可以冷却电机400的定子绕组412。

进一步地，电机400的电机定子410和电机壳体430之间还可以同时设置第二进气道P2。在进气需求量大的情况下，两个进气道可同时进气。这样既可以满足压气机500充足的进气，同时压气机500的进气可进一步地冷却电机的电机壳体430、电机定子410及定子绕组412。

实施例一

本实施例中，提供一种上述转子系统的一体式轴承200的结构。一体式轴承200采用集成式空气轴承，其既具有径向支撑作用，同时也有轴向的支撑作用。

其中如图7、8所示，一体式轴承200包括：第一轴承本体2200、推力盘2300、第二轴承本体2400；推力盘2300与转轴100固定连接或者一体成型；第一轴承本体2200和第二轴承本体2400均套设于转轴100并位于推力盘2300的两侧；第一轴承本体2200具有一体成型的径向轴承部2210和推力轴承部2220，径向轴承部2210与转轴100在径向上具有预定的径向间隙S1，推力轴承部2220与推力盘2300在轴向上对置安装且具有预定的第一轴向间隙S2；第二轴承本体2400与推力盘2300在轴向上对置安装且具有预定的第二轴向间隙S3；一体式轴承200还包括第一轴承壳体2500以及第一轴承端盖2600，第一轴承壳体2500罩设于第一轴承本体2200、推力盘2300和第二轴承本体2400的外周，第一轴承端盖2600安装于转轴100的第二轴承本体2400的一端，在轴向上固定第二轴承本体2400，并与第一轴承壳体2500过渡配合。

第一进气道P1设置在一体式轴承的第一轴承壳体2500上。

具体的，本实施例的一体式气体轴承可以是静压气体轴承、动压气体轴承或者动静压混合气体轴承中的任一种。

当其设置为静压气体轴承时，第一轴承本体2200的径向轴承部2210的外周与第一轴承壳体2500之间设置有第一环形气腔2230，第一环形气腔2230的底部设置有贯通第一环形气腔2230与径向间隙S1的第一通孔2240；

第一轴承本体2200的推力轴承部2220与第一轴承壳体2500之间设置有第二环形气腔2250，第二环形气腔2250的底部设置有贯通第二环形气腔2250与第一轴向间隙S2的第二通孔2260；

第二轴承本体2400与第一轴承端盖2600之间设置有第三环形气腔2270，第三环形气腔2270的底部设置有贯通第三环形气腔2270与第二轴向间隙S3的第三通孔2280；

同时第一轴承壳体2500上也设置有将第一环形气腔2230、第二环形气腔2250与外接气源连通的第一进气孔2510、第二进气孔2520，第一轴承端盖2600上设置有将第三环形气腔2270与外接气源连通的第三进气孔2610。

作为优选，如图9所示，本实施例中，第一通孔2240、第二通孔2260、第三通孔2280均设置为台阶孔，具体是：该台阶孔远离间隙的一侧的直径大，靠近间隙的一侧的直径小，同时台阶孔的变径部位截面可以为漏斗状或者圆锥状。这样既便于加工，同时不影响间隙内的气体压力。因为为了满足间隙内的气体压力，进气孔的孔径需要小于一定的数值，而对于直径很小的进气孔，不仅很难加工，同时容易发生堵塞。

同时，如图10所示，在本实施例的第一轴承本体2200内壁周向设置环形槽2241，第一通孔2240与环形槽2241部分或者整体相交。

作为优选，所述环形槽2241宽度W>第一通孔2240直径D，第一通孔2240位于环形槽2241内，或者第一通孔2240与环形槽2241一侧相切，或者第一通孔2240与环形槽2241部分相交。

作为优选，所述环形槽2241宽度W＝第一通孔2240直径D，第一通孔2240与环形槽2241两侧相切。

作为优选，所述环形槽2241宽度W<第一通孔2240直径D，第一通孔2240与环形槽2241部分相交。

作为优选，所述环形槽2241深度H≥第一通孔2240直径D。

由于本实施例的第一通孔2240部分或者全部沉入环形槽2241内，轴与径向轴承内壁产生摩擦时，不会被磨损到环形槽2241内的第一通孔2240，防止第一通孔2240堵塞，从而提高气动润滑效果；环形槽2241会增大节流孔位置间隙，在保证整体轴承刚度的同时，有效的避免了由于高温而产生的节流孔氧化。

作为优选，本实施例的第一通孔2240设置为多个，沿径向轴承部2210的周向均布，以在转轴100的周向形成稳定的压力气膜，更平稳地在周向上支撑转轴100。

作为优选，本实施例的第二通孔2260设置为多个，以转轴100的轴线为中心，在推力轴承部2220的端面上均布，以在轴向上，更平稳地支撑转轴100及转子系统。如图10所示。图10为第一轴承本体2200的左视图。

作为优选，本实施例的第三通孔2280设置为多个，以转轴100的轴线为中心，在第二轴承本体2400的端面上均布，以在轴向上，更平稳地支撑转轴100及转子系统。

当本实施例的一体式气体轴承设置为动压轴承时，在第一轴承本体2200的径向轴承部2210的内径面或者转轴100的安装径向轴承部2210的部位设置有动压发生槽；在第一轴承本体2200的推力轴承部2220朝向推力盘2300的端面或者推力盘面2300向推力轴承部2220的端面设置有动压发生槽；在第二轴承本体2400的朝向推力盘2300的端面或者推力盘2300朝向第二轴承本体2400的端面设置有动压发生槽。

作为优选，如图11、12所示，本实施例中，所述推力轴承部2220朝向推力盘2300一侧或者推力盘2300朝向推力轴承部2220一侧、所述第二轴承本体2400朝向推力盘2300一侧或者推力盘2300朝向第二轴承本体2400一侧设置有第一空气槽2700；所述径向轴承部2210的内壁沿周向或转轴100对应安装径向轴承部2210的圆周面上设置有第二空气槽2800，以提高空气导流率。在转轴100旋转并逐渐加速时，存在于轴承间隙的流动气体被压入第二空气槽2800内，沿第二空气槽2800快速通流，从而实现气体的定向高速流通，在满足轴承空压载荷的情况下，转轴100与空气轴承能够较好的散热与导流。

作为优选，所述第一空气槽2700为弧形槽，所述弧形槽周向均布且中心对称，弧形槽一端与圆心相邻，另一端与圆周相邻或者相交。根据转轴100转速设置弧形槽数量，以使空气流速与压力达到合理的配比，在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，能够保持轴承的刚度、负载能力强，且空气通流顺畅，能够防止空气在流道内堵塞。

作为优选，从进气方向看，转轴100顺时针旋转时，第二轴承本体2400和推力轴承部2220端面的弧形槽为左凹弧，推力盘2300端面的弧形槽为右凹弧，转轴100逆时针旋转时，第二轴承本体2400和推力轴承部2220端面的弧形槽为右凹弧，推力盘2300端面的弧形槽为左凹弧，从而实现空气沿轴向从左向右通流。

作为优选，所述第一空气槽2700可以通过锻造、滚轧、刻蚀或冲压而形成；同时推力盘2300可由不锈钢材料制成，便于第一空气槽2700的加工。

作为优选，第二空气槽2800的形状为平行斜槽或者螺旋槽，螺旋槽相较于平行斜槽，通流能力小于平行斜槽，但可以增加轴向阻尼。空气流通过程中，当螺距较小时，空气流动会减速增压，当螺距较大时，空气流动会增速降压，因而可根据旋转轴转速设置螺旋槽参数，旋转轴转速高时，设置螺旋槽为大螺距，螺旋线间隙稀松，旋转轴转速低时，设置螺旋槽为小螺距，螺旋线间隙致密。

作为优选，所述平行斜槽为连续的或者非连续的；所述螺旋槽的升角为α，螺距为P，螺旋槽深度为HL，旋转轴的直径为DL，30°<α<60°，1/2DL<P<5DL；P＝3DL，α＝45°；所述螺旋槽绕轴半圈或者1/3圈。

平行斜槽或者螺旋槽位置设置为在旋转轴正向旋转或者反向旋转的情况下，能够保持轴承的刚度、负载能力强，且空气通流顺畅，能够防止空气在流道内堵塞。

作为优选，在径向轴承部2210内的第二空气槽2800设置在转轴100对应安装径向轴承部2210内壁的位置的中间部分，或者设置为对称分布在中间部分的两侧、相互独立的两部分。

作为优选，所述转轴100上平行斜槽或者螺旋槽的进气端与环形槽2241相邻。

作为优选，从进气方向看，转轴100顺时针旋转时，平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为左倾，转轴100逆时针旋转时，平行斜槽或者螺旋槽倾斜方向为右倾，从而实现空气沿轴向从左向右通流。

作为优选，第二空气槽2800的形状还包括人字形、八字形、V字形，八字形槽、人字形槽或者V字形槽设置为在转轴100正向旋转或者反向旋转的情况下，轴承都能以期望的方式非接触式支撑转轴100，且负载能力高、稳定性好；在转轴100载荷较大位置或者刚度不够位置设置有八字形槽、人字形槽或者V字形槽，在通流不足位置设置有平行斜槽或者螺旋槽，八字形槽、人字形槽、V字形槽和/或平行斜槽、螺旋槽间隔设置。

第二空气槽2800的通气效率随第二空气槽2800的角度、槽宽、槽数、长度、深度以及平面度的不同而变化，通气速度与转轴100的旋转速度以及轴承间隙有关。此外，现实中转轴100的截面不可能是一个理想圆，当不圆度在旋转过程中影响了气膜的压力时，转轴100与径向轴承部2210之间的间隙径向分布不均匀，间隙小的空间压力变大而间隙大的地方压力减小。可根据实际工况对第二空气槽2800与环形槽2241进行匹配设置。

作为优选，同方向的空气槽刻在推力盘2300、转轴100或者轴承面上，优选空气槽刻在转轴100上，由于转轴100比较硬，比较耐磨，收到冲击时，空气槽不易变形和磨损，其中空气槽刻在转轴100的一端、两端、或者特定位置。

由于转子系统低速时，轴长度越长，低速过零刚度越大，高速时，轴长度越长，阻力越大，成倍增大，因而，刻槽后，低速时不影响轴刚度，推力不变，高速时，动压工作能力降低，空气会流向空气槽，刚度下降，动压实际工作长度为轴的长度减去槽的长度，阻力变小，可增大轴的长度；实现了导流同时不降低轴的刚度，设置空气槽后，在低速时就引导气体形成定向流动，在高速切换动压时，气流仍然定向流动，不会形成冲击气流；同时轴承设置空气槽后，可以提高转子抗受扰动偏心撞壁的能力，从而也提高了轴承的承载能力。

当本实施例的一体式气体轴承设置为动静压混合轴承时，其同时具有静压轴承和动压轴承的特征。

由于在本实施例中，第一轴承本体2200同时具有径向轴承部2210和推力轴承部2220，因此只要在加工过程中，以轴向为基准加工推力轴承部2220，保证轴向与推力轴承部2220的作用面之间的垂直度或者以推力轴承部2220的作用面为基准加工径向轴承部2210的内径，保证推力轴承部2220的作用面与轴向的垂直度即可。加工工艺简单易操作，加工精度高，同时装配过程中不用考虑组合装配的精度，装配工艺简单。

作为本实施例的一种优选方案，第一轴承本体2200靠近推力盘2200的一端设置有推力盘容纳槽2290，参见图8。安装时，推力盘2200放置于推力盘容纳槽2290内，第二轴承本体2400的端面与推力盘容纳槽2290的端面抵接。这种结构的设计，便于安装，且安装精度高。

一体式轴承200在本发明的转子系统中的安装可以有两种安装方式，图6示出了第一种安装方式，一体式轴承200的径向轴承部2210朝向远离电机400的一端安装；该种安装方式的设置便于装配，且对于整个转子系统而言，一个径向轴承位于转子系统的最左端，而第二个径向轴承位于电机400和压气机500之间，轴向重量分配均匀，转子系统的平稳性好；且推力轴承位于两个径向轴承之间，当推力轴承的重量较大时，也不会影响整个转子系统的平稳性，因此其适合于转速高、轴向力较大的转子系统。

图13示出了第二种安装方式，一体式轴承200的径向轴承部2210朝向靠近电机400的一端安装，而推力轴承部位于整个转子系统的最左端。该种安装方式的设置，对于整个转子系统而言，两个径向轴承位于电机400的定子与转轴100之间，转子系统的轴向长度相比于第一安装方式，大幅缩短，进而提高了转子系统的动力学特性。但是该种方案需要在电机400的绕组上加工空气轴承的进气道，电机400的制造工艺较为复杂。

因此，上述两种方案各有优点，可根据具体设计工况和使用场景进行合理的选择。

实施例二

在本实施例中，提供了一种针对实施例一中一体式轴承200的防转结构。所述第一轴承壳体2500和第一轴承本体2200之间，和/或，所述第一轴承壳体2500和第二轴承本体2400之间设有第一防转构件2900，所述第一防转构件2900用于第一轴承本体2200相对于第一轴承壳体2500和/或第二轴承本体2400相对于第一轴承壳体2500在周向上固定。

具体地，第一防转构件2900的一端与第一轴承壳体2500固定连接或一体成型，第一防转构件2900的另一端与第一轴承本体2200或第二轴承本体2400可拆卸连接；或者，第一防转构件2900的一端与第一轴承壳体2500可拆卸连接，第一防转构件2900的另一端与第一轴承本体2200或第二轴承本体2400固定连接或者一体成型；第一防转构件2900可以设置为一个或多个。

上述中第一防转构件2900与轴承的连接可以是与第一轴承本体2200或第二轴承本体2400连接，由于第一轴承本体2200和第二轴承本体2400固定连接，因此，第一防转构件2900无论跟哪个轴承本体连接均可防止轴承本体发生周向转动。

下面针对本发明的第一防转构件2900具体结构进行进一步解释说明，该说明仅以本一体式气体轴承的推力轴承部分进行说明，本领域技术人员应当理解，该第一防转构件2900的具体结构同样适用于该一体式气体轴承的径向轴承部分。

如图14、15所示，第一防转构件2900可以设置为销，并固定安装于第一轴承本体2200的端面，第一轴承壳体2500上设置有相应的第一容纳孔2910。

或者，如图16、17所示，第一防转构件2900可以设置为销，并固定安装于第一轴承壳体2500的朝向第一轴承本体2200的端面，第一轴承本体2200上设置有相应的第二容纳孔2920。

或者，如图18、19所示，第一防转构件2900可以设置为销或者销钉，第一防转构件2900从第一轴承壳体2500的外周沿第一轴承壳体2500的径向安装，第一防转构件2900的一端固定于第一轴承壳体2500，另一端插入第一轴承本体2200的外周，第一轴承本体2200的外周设置有相应的第三容纳孔2930。

或者，如图20、21所示，第一防转构件2900可以设置为键，并固定安装于第一轴承本体2200的端面或者与第一轴承本体2200的一个端面一体成型，第一轴承壳体2500上设置有相应的第一键槽2940。

或者，如图22、23所示，第一防转构件2900可以设置为键，并固定安装于第一轴承壳体2500的内径面，或者与第一轴承壳体2500的内径面一体成型，第一轴承本体2200上设置有相应的第二键槽2950。

或者，如图24、25所示，第一防转构件2900可以设置球形体，并固定安装于第一轴承本体2200的端面，第一轴承壳体2550上设置有相应的半球形槽。

或者，如图24、25所示，第一防转构件2900可以设置球形体，并固定安装于第一轴承壳体2500的朝向第一轴承本体2200的端面，第一轴承本体2200上设置有相应的半球形槽。

一体式轴承设置有防转构件，轴承本体不会随着转轴旋转，使用寿命长、运行稳定。

实施例三

在本实施例中，提供一种上述转子系统的径向轴承300的防转结构。

径向轴承300包括第三轴承本体320、第二轴承壳体330，第二轴承端盖340，以及第二防转构件350，第三轴承本体320套设于转轴100，并与转轴100之间保持预定的间隙，第二轴承壳体330罩设于第三轴承本体320的一个轴向端面和外周，第二轴承端盖340套设于转轴100上并与第二轴承壳体330的一个端面抵接；第二防转构件350设置于第二轴承壳体330与第三轴承本体320之间，并将两者连接，以在周向上将第三轴承本体320固定。

在本结构中，第二防转构件350的一端与第二轴承壳体330固定连接或一体成型，第二防转构件350的另一端与第三轴承本体320可拆卸连接；

或者，第二防转构件350的一端与第二轴承壳体330可拆卸连接，第二防转构件350的另一端与第三轴承本体320固定连接或者一体成型。第二防转构件350的该连接方式能够使得第二防转构件350的安装十分方便。

具体地，第二防转构件350可以设置为一个或者多个。

针对本防转动径向轴承结构，提供如下第二防转构件350的几种示例结构。

如图26、27所示，第二防转构件350设置为销，并固定安装于第三轴承本体320的端面，第二轴承壳体330上设置有相应的第一容纳孔331，通过销实现第三轴承本体320的周向定位。

或者，如图28、29所示，第二防转构件350设置为销，并固定安装于第二轴承壳体330的朝向第三轴承本体320的端面，第三轴承本体320上设置有相应的第二容纳孔321，通过销实现第三轴承本体320的周向定位。

或者，如图30、31所示，第二防转构件350设置为销或者销钉，第二防转构件350从第二轴承壳体330的外周沿第二轴承壳体330的径向安装，第二防转构件350的一端固定于第二轴承壳体330，另一端插入第三轴承本体320的外周，第三轴承本体320的外周设置有相应的第三容纳孔322，通过销或者销钉实现第三轴承本体320的周向定位。

或者，如图32、33所示，第二防转构件350设置为键，并固定安装于第三轴承本体320的端面或者与第三轴承本体320的一个端面一体成型，第二轴承壳体330上设置有相应的第一键槽332，通过键实现第三轴承本体320的周向定位。

或者，如图34、35所示，第二防转构件350设置为键，并固定安装于第二轴承壳体330的内径面，或者与第二轴承壳体330的内径面一体成型，第三轴承本体320上设置有相应的第二键槽323，通过键实现第三轴承本体320的周向定位。

或者，如图36、37所示，第二防转构件350设置为球形体，并固定安装于第三轴承本体320的端面，第二轴承壳体330上设置有相应的半球形槽，通过球形体实现第三轴承本体320的周向定位。

或者，如图36、37所示，第二防转构件350可以设置球形体，并固定安装于第二轴承壳体330的朝向第三轴承本体320的端面，第三轴承本体320上设置有相应的半球形槽，通过球形体实现第三轴承本体320的周向定位。

在转子的运行过程中，通过本径向轴承的结构，使得第三轴承本体工作稳定，不会随着转轴转速的提高而发生转动，性能可靠，使用寿命长，且结构简单。

作为本转子系统的一种优选方案，转子系统的压气机500和透平600之间设置有加强环700。出于转子动力学性能方面的考虑，转轴100的重量越轻越好，而转轴100的直径越小则重量越轻，但是在转子系统高速旋转过程中，对转轴100的强度又有很高的要求。为了同时考虑转子动力学特性和转轴100的强度，可将第二轴段120的轴径设置的较细，而同时在压气机500和透平600之间安装加强环700，以满足其对转子刚度的要求。

本发明所提供的转子系统其具有如下优点：由于轴承壳体和电机定子上设置有进气道，既能够满足压气机的进气，同时压气机的进气能够对轴承及电机的绕组进行冷却，提高了电机的使用性能。另外，本发明的电机在轴向方向上尺寸短，能够提高转子系统的稳定性能、且成本低。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种使用上述转子系统的微型燃气轮机发电机组，该发电机机组包括：

上述转子系统，电机机匣810、燃气轮机机匣820以及燃烧室830；电机机匣810罩设于电机300的外周、燃气轮机机匣820罩设于压气机500和透平600的外周，并且与电机机匣810连接，燃烧室830与燃气轮机机匣820连接，并且燃烧室830的进气口与压气机500的排气口连接，燃烧室830的排气口与透平600的进气口连接。

作为优选，压气机500的排气口与燃烧室830的进气口之间设置有扩压器840，以进一步提高进入透平600做功的高温高压气体的压力。

本发明的微型燃气轮机发电机组中，所有的轴承全部设置在电机机匣810内，这样只需保证该机匣内用于设置轴承定子的部位的加工精度即可，在装配时该机匣内用于连接轴承定子的部位通过一次装卡加工即可完成，可见，本发明降低了微型燃气轮机发电机组的加工精度和装配精度，降低了成本，适合工程化批量生产。同时，本发明的微型燃气轮机发电机组进气充分且转轴100的轴向方向上尺寸短，微型燃气轮机发电机组的运转平稳性好。

本发明的微型燃气轮机发电机组结构简单且十分紧凑，节省了安装空间，便于快速安装和搬运，可以很好地满足分布式供电的小规模、分散式需求；运动部件少，结构简单紧凑，因而其可靠性好、制造成本与维护成本低；环境适应性好、供电品质高的优点。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能。

Claims (10)

1.一种电机，其特征在于：包括：电机轴、电机定子、电机壳体；

所述电机定子套设于所述电机轴并与电机轴在径向上保持一定的间隙，所述电机壳体罩设于所述电机定子的外周；

其中，所述电机定子上设置有轴向贯穿所述电机定子的多个进气道。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机定子包括定子铁芯和定子绕组；

所述定子铁芯呈圆柱体状，且在圆柱体的中心位置形成有供所述电机轴安装的通孔；

所述定子铁芯的外径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体的周向均布的多个外线槽，所述定子铁芯的内径侧形成有沿圆柱体的轴向延伸、沿圆柱体周向均布的多个内线槽；

所述定子绕组沿圆柱体的轴向缠绕于所述外线槽和内线槽内，且在内线槽内形成所述进气道。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯的外径侧形成有沿圆柱体的轴向和径向外侧延伸、沿圆柱体的周向均布的多个第一绕组隔板，所述定子铁芯的内径侧形成有沿圆柱体的轴向和径向内侧延伸、沿圆柱体周向均布的多个第二绕组隔板；

所述第二绕组隔板靠近圆柱体圆心的一端形成所述通孔，第一绕组隔板与第二绕组隔板在圆柱体的外径侧和内径侧相对设置，相邻的两个第一绕组隔板和圆柱体的外周面形成所述外线槽，相邻的第二绕组隔板和圆柱体的内周面形成所述内线槽；

所述定子绕组布置后，其和相邻的两个第二绕组隔板构成所述进气道。

4.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯是由多个形状完全相同的硅钢片沿圆柱体的轴向方向叠加压制而成。

5.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯的两端对应外线槽和内线槽的位置设置端面线槽。

6.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于，所述定子铁芯的表面涂有绝缘层或涂刷有绝缘漆。

7.根据权利要求2或3所述的电机，其特征在于：所述外线槽和所述内线槽设置为10个或16个或18个或24个。

8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机两端不设置端盖；

或者，所述电机两端设置端盖，在所述端盖上设置网状气孔。

9.一种转子系统，其特征在于，包括：

转轴，所述转轴为一体成型结构；

所述转轴上依次设有一体式轴承、电机、径向轴承、压气机和透平；

其中，所述电机为权利要求1-8任一项所述的电机，所述电机的进气道与所述压气机的进气连通。

10.一种微型燃气轮机发电机组，其特征在于，包括权利要求9所述的转子系统。

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