CN111835145A - 一种双向全贯流永磁发电机 - Google Patents

一种双向全贯流永磁发电机 Download PDF

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Abstract

一种双向全贯流永磁发电机，涉及发电机领域，尤其涉及一种新型双向全贯流永磁发电机。解决了将水轮机桨叶与电机转子连为一体的电机存在水流容易溅射进电机内部，造成电机容易被烧坏的问题，本发明定子和转子之间留有气隙；转子为筒形结构，磁轭套筒套设在转轴的外侧，转轴通过桨叶与磁轭套筒连接，所述转轴与磁轭套筒轴线重合；转子铁心热套在磁轭套筒上，两个端盖均为圆环形，分别设置在定子机座两端，且分别临近转子铁心的两端设置；梳齿片为圆环形片状结构，设置在磁轭套筒和端盖之间，所述梳齿片的外环边缘嵌固在端盖的内侧面，内环边缘与磁轭套筒的外圆周面之间留有空隙。本发明适用于作为发电机使用。

Description

一种双向全贯流永磁发电机
技术领域
本发明涉及发电机领域，尤其涉及一种新型双向全贯流永磁发电机。
背景技术
在可再生能源中，海洋潮流能储量十分丰富，并且投资价值极高，但由于潮流发电机组工作情况特殊，机组舱内的空间十分有限，传统潮流电机与水轮机中间存在联轴器，容易存在机械故障，且电机与水轮机为独立两个结构，因此电机部分不需要特殊防水结构，但是新型潮流电机将水轮机桨叶与电机转子连为一体，经常出现水流溅射进电机内部的问题，造成电机容易被烧坏，影响电机的使用寿命。
发明内容
本发明目的是为了解决将水轮机桨叶与电机转子连为一体的电机存在水流容易溅射进电机内部，造成电机容易被烧坏的问题，提供了一种双向全贯流永磁发电机。
本发明所述的一种双向全贯流永磁发电机，包括定子、转子、转轴、两个端盖和梳齿片；
定子和转子为外定子内转子结构；
转子包括桨叶、永磁体、转子铁心和磁轭套筒；
定子包括定子铁心和定子绕组；
磁轭套筒套设在转轴上，且通过桨叶与转轴连接，转子铁心为筒形，套设在磁轭套筒的外侧，所述转子铁心、转轴和磁轭套筒的中轴线重合；转子铁心的端面沿周向等间隔开设有多个矩形槽，所述矩形槽内安装永磁体；
定子铁心为筒形，转子铁心与定子铁心之间为气隙；
在定子铁心的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽；所述多个定子槽在定子铁心的气隙侧表面形成等间隔设置的定子齿；
每个定子齿上均绕设有一组线圈，所有线圈构成定子绕组；
两个端盖均为圆环形，均设置在磁轭套筒与转子铁心之间，且分别临近转子铁心的两端设置；
梳齿片为圆环形片状结构，设置在磁轭套筒和端盖之间，所述梳齿片的外环边缘嵌固在端盖的内侧面，内环边缘与磁轭套筒的外圆周面之间留有空隙。
进一步地，本发明中，每个定子齿的气隙侧均开设有三个弧形槽，所述三个弧形槽沿定子齿径向等间隔排列，三个弧形槽中位于中间的弧形槽的半径大于位于两侧的弧形槽的半径。
进一步地，本发明中，还包括定子机座，所述定子机座为筒形，且套设在定子的外侧，定子机座的两端均扣设有端盖，所述端盖呈环形，位于定子机座与磁轭套筒之间。
进一步地，本发明中，包括片梳齿片，每个端盖的内圆周周面均等间隔嵌固有片梳齿片。
进一步地，本发明中，磁轭套筒两端的外圆周面呈阶梯状，所述阶梯状部位与端盖内侧面对应，磁轭套筒两端的外圆周面的半径伴随阶梯向外延伸依次变大。
进一步地，本发明中，所有梳齿片与磁轭套筒之间的空隙宽度相同。
进一步地，本发明中，每个定子槽的气隙侧均扣设有定子槽楔。
进一步地，本发明中，位于两侧的弧形槽的半径相同。
进一步地，本发明中，桨叶沿转轴的周向等间隔设置。
本发明将桨叶作为发电机转子支架与发电机转子直接相连，省去了桨叶与发电机转轴之间的连接装置，不仅有效减少了整体的体积，而且结构简单，节约材料与成本，减少了连接部分的故障频率，还大大提高了水轮机的传动效率。由于本发明将桨叶作为发电机转子支架与发电机转子相连，电机转子内圆会远大于一般永磁电机的转子内圆，电机轴向长度远小于同功率发电机，使得该发电机冷却效果十分突出，无需增加径向、轴向通风道。同时在电机端盖处加入梳齿片结构，通过从外向内，梳齿片内径逐渐减小的结构，配合磁轭套筒端部的台阶结构，有效的起到了减弱水流的作用。有效的避免了水流溅射进电机内部的现象，提高了电机的使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述新型双向全贯流永磁发电机结构图；
图2为定子齿部局部放大图；
图3为本发明所述新型双向全贯流永磁发电机剖视图；
图4是梳齿片安装放大图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。机于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双向全贯流永磁发电机，包括定子1、转子2、转轴4、端盖13两个端盖13和梳齿片15；
定子1和转子2为外定子内转子结构；
转子2包括桨叶3、永磁体10、转子铁心11和磁轭套筒14；
定子1包括定子铁心6和定子绕组5；
磁轭套筒14套设在转轴4上，且通过桨叶3与转轴4连接，转子铁心11为筒形，套设在磁轭套筒14的外侧，所述转子铁心11、转轴4和磁轭套筒14的中轴线重合；转子铁心11的端面沿周向等间隔开设有多个矩形槽，所述矩形槽内安装永磁体10；
定子铁心6为筒形，转子铁心11与定子铁心6之间为气隙；
在定子铁心6的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽；所述多个定子槽在定子铁心6的气隙侧表面形成等间隔设置的定子齿7；
每个定子齿7上均绕设有一组线圈，所有线圈构成定子绕组5；
端盖13两个端盖13均为圆环形，均设置在磁轭套筒14与转子铁心11之间，且分别临近转子铁心11的两端设置；
梳齿片15为圆环形片状结构，设置在磁轭套筒14和端盖13之间，所述梳齿片的外环边缘嵌固在端盖13的内侧面，内环边缘与磁轭套筒14的外圆周面之间留有空隙。
本实施方式采用梳齿片对进入电机内部的水流进行缓冲，有效的减少了进入电机内部水的量，同时，采用梳齿片15分四级对进入电机内部的水流进行缓冲进而达到减少水流直接被甩到电机的定子绕组内部，避免电机故障。
本发明解决了双向全贯流永磁发电机体积大，联轴器容易出现故障问题，并且对端盖结构进行优化，降低了将水轮机桨叶与电机转子连为一体的电机存在水流容易溅射进电机内部，造成电机容易被烧坏的风险。
进一步地，本实施方式中，还包括定子机座14，所述定子机座14为筒形，且套设在定子1的外侧，定子机座14的两端均扣设有端盖13，所述端盖13呈环形，位于定子机座14与磁轭套筒14之间。
进一步地，结合图图3和4说明本实施方式，本实施方式中，包括8片梳齿片15，每个端盖13的内圆周周面均等间隔嵌固有4片梳齿片15。
双向全贯流永磁同步发电机中在静止件端盖与运动件转轴之间采用组合式梳齿密封方式防水。组合式梳齿密封由4层不同内径尺寸的梳齿采用镶片的形式安装于端盖里侧。这种密封结构简单、便于安装和方便制造。
进一步地，本实施方式中，磁轭套筒14两端的外圆周面呈阶梯状，所述阶梯状部位与端盖13内侧面对应，磁轭套筒14两端的外圆周面的半径伴随阶梯向外延伸依次变大。
进一步地，本实施方式中，所有梳齿片15与磁轭套筒14之间的空隙宽度相同。
进一步地，本实施方式中，每个定子槽的气隙侧均扣设有定子槽楔。
进一步地，本实施方式中，位于两侧的弧形槽的半径相同。
进一步地，本实施方式中，桨叶3沿转轴4的周向等间隔设置。
进一步地，结合图2说明本实施方式，本实施方式中，每个定子齿7的气隙侧均开设有三个弧形槽所述三个弧形槽沿定子齿7径向等间隔排列，三个弧形槽中位于中间的弧形槽的半径大于位于两侧的弧形槽的半径。
本发明定子铁心每一个定子齿部都开有3个弧形槽，有效减少了齿槽转矩，从而降低了振动与噪声，并且使电压波形得到了优化。
如图1所示，所述定子1包括定子铁心5和定子绕组6，定子铁心5包括定子齿部7，在定子齿部7开有三个弧形槽，所述弧形槽的弧度为180度，第一弧形槽10、第二弧形槽9与第三弧形槽11沿定子齿部径向内周侧对称分布在第一弧形槽10的两侧。其中第二弧形槽9与第三弧形槽11半径相同，第一弧形槽10的半径大于第二弧形槽9半径。所述转子2包括转子铁心11、永磁体12和永磁体安装槽13，转子铁心11包括，永磁体12在永磁体安装槽13内，所述桨叶3一端与转子铁心11内侧的磁轭套筒14焊接为一体，另一端与转轴4焊接为一体。
齿槽转矩优化前为9.7牛*米，当小圆开槽尺寸为0.4mm时，有表可知有明显优化效果，且在中间尺寸略大于两边尺寸时(0.65最优，1.5倍附近)，齿槽转矩数值最小，如表1所示；
表1齿槽转矩与弧形槽的尺寸对应表
Figure BDA0002625903790000041
Figure BDA0002625903790000051
双向全贯流永磁同步发电机中在静止件端盖一运动件转轴之间采用组合式梳密封方式防水，即为图4，组合式梳密齿密封由4层不同内径尺寸梳齿采用镶片的形式安装端盖内侧，并结合轴上阶梯式台阶结构达到多道密封效果。每级阶梯密封缝隙狭小，属于突缩结构，流动局部阻力损失巨大，加上中段顶侧弧形结构产生的涡流搅动，可有效降低水的动能，共有四级阶梯，有效保证了整体结构对水流的密封效果。这种密封结构简单、便于安装和方便制造。
本发明在定子齿上设弧形槽，使电机产生虚拟齿数，相当增加齿槽转矩机波周期数，辅助槽新增的齿槽转矩对原有槽口的齿槽转矩起抵偿作用，从而使得总齿槽转矩幅值降低，达到减小电机齿槽转矩的目的。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (9)

1.一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，包括定子(1)、转子(2)、转轴(4)、两个端盖(13)和梳齿片(15)；
定子(1)和转子(2)为外定子内转子结构；
转子(2)包括桨叶(3)、永磁体(10)、转子铁心(11)和磁轭套筒(14)；
定子(1)包括定子铁心(6)和定子绕组(5)；
磁轭套筒(14)套设在转轴(4)上，且通过桨叶(3)与转轴(4)连接，转子铁心(11)为筒形，套设在磁轭套筒(14)的外侧，所述转子铁心(11)、转轴(4)和磁轭套筒(14)的中轴线重合；转子铁心(11)的端面沿周向等间隔开设有多个矩形槽，所述矩形槽内安装永磁体(10)；
定子铁心(6)为筒形，转子铁心(11)与定子铁心(6)之间为气隙；
在定子铁心(6)的气隙侧表面沿周向等间隔开设有多个定子槽；所述多个定子槽在定子铁心(6)的气隙侧表面形成等间隔设置的定子齿(7)；
每个定子齿(7)上均绕设有一组线圈，所有线圈构成定子绕组(5)；
两个端盖(13)均为圆环形，均设置在磁轭套筒(14)与转子铁心(11)之间，且分别临近转子铁心(11)的两端设置；
梳齿片(15)为圆环形片状结构，设置在磁轭套筒(14)和端盖(13)之间，所述梳齿片的外环边缘嵌固在端盖(13)的内侧面，内环边缘与磁轭套筒(14)的外圆周面之间留有空隙。
2.根据权利要求1所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，每个定子齿(7)的气隙侧均开设有三个弧形槽，所述三个弧形槽沿定子齿(7)径向等间隔排列，三个弧形槽中位于中间的弧形槽的半径大于位于两侧的弧形槽的半径。
3.根据权利要求1所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，还包括定子机座(14)，所述定子机座(14)为筒形，且套设在定子(1)的外侧，定子机座(14)的两端均扣设有端盖(13)，所述端盖(13)呈环形，位于定子机座(14)与磁轭套筒(14)之间。
4.根据权利要求2所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，包括8片梳齿片(15)，每个端盖(13)的内圆周周面均等间隔嵌固有4片梳齿片(15)。
5.根据权利要求4所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，磁轭套筒(14)两端的外圆周面呈阶梯状，所述阶梯状部位与端盖(13)内侧面对应，磁轭套筒(14)两端的外圆周面的半径伴随阶梯向外延伸依次变大。
6.根据权利要求4所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，所有梳齿片(15)与磁轭套筒(14)之间的空隙宽度相同。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，每个定子槽的气隙侧均扣设有定子槽楔。
8.根据权利要求1或2所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，位于两侧的弧形槽的半径相同。
9.根据权利要求1或2所述的一种双向全贯流永磁发电机，其特征在于，桨叶(3)沿转轴(4)的周向等间隔设置。
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