CN116633065A - 永磁直驱发电机及系统 - Google Patents

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CN116633065A CN202310558673.8A CN202310558673A CN116633065A CN 116633065 A CN116633065 A CN 116633065A CN 202310558673 A CN202310558673 A CN 202310558673A CN 116633065 A CN116633065 A CN 116633065A
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Abstract

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种永磁直驱发电机及系统，其中永磁直驱发电机包括主轴、转子、转子套筒、壳体、定子、定子套筒、端盖、第一支撑件和第二支撑件，通过将转子安装在主轴上，并在转子外侧套设转子套筒，将转子密封在转子套筒内，再将定子安装再壳体内，并在定子外侧套设定子套筒，将定子密封在定子套筒内，可对转子和定子进行密封，当永磁直驱发电机在水下工作时可防止转子和定子暴露在水中，端盖、第二支撑件、主轴、转子套筒、第一支撑件、和定子套筒之间的密封腔允许发电机内外水循环，对发电机的密封性要求低，无需使用多层唇封的密封件，简化了永磁直驱发电机的结构，降低了制造的成本。

Description

永磁直驱发电机及系统
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种永磁直驱发电机及系统。
背景技术
潮流能发电是新能源发电技术的一种，是用水位差的势能进行发电的技术，其与潮汐能一样是由月亮、太阳的引潮力而产生的。潮流发电的原理即利用潮流的冲击力，使水轮机的叶片转动从而带动发电机发电。
潮流能发电机组多采用双馈发电机系统、永磁半直驱发电机系统、永磁直驱发电机系统以及液压发电机系统，其中永磁直驱发电机系统中将发电机与水轮机直接连接，省去了中间的齿轮箱，大大地提高了系统的整体可靠性和运行效率。
现有技术中的永磁直驱发电机机通常需要三层甚至更多层唇封的油封或气封密封件隔绝发电机内部空气和外部海水，以保证发电机在水下能可靠的运行，但这种结构的发电机对密封可靠性要求高，在水下工作时若密封件损坏或劣化，会发生泄漏，从而导致发电机内部进水损坏发电机。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的发电机对密封可靠性要求高，密封件损坏会导致发电机进水损坏的缺陷。
为了解决上述问题，本发明提供了一种永磁直驱发电机，包括：
主轴；
转子，固定安装在所述主轴上；
转子套筒，其内部为空腔，套设在所述主轴上，所述转子位于所述空腔内；
壳体，其内部为空腔，所述主轴转动安装在所述壳体内；
定子，固定安装在所述壳体内壁上；
定子套筒，套设在所述壳体内部，所述定子位于所述壳体与所述定子套筒之间；
端盖，与所述壳体固定连接；
第一支撑件，安装在所述主轴上，且与所述定子套筒固定连接；
第二支撑件，安装在所述主轴上，且与所述端盖固定连接，所述端盖、所述第二支撑件、所述主轴、所述转子套筒、所述第一支撑件和所述定子套之间形成适于容纳水的密封腔。
进一步地，此永磁直驱发电机，所述壳体包括第一筒体以及位于所述第一筒体两端的第一环形凸边和第二环形凸边，所述第一筒体的内壁上设有环形限位凸筋，所述定子与所述环形限位凸筋相抵接，所述第一环形凸边与所述端盖连接，所述第二环形凸边与所述定子套筒连接。
进一步地，此永磁直驱发电机，所述端盖包括罩体以及设置在所述罩体边沿处的第三环形凸边，所述第三环形凸边与所述第一环形凸边连接。
进一步地，此永磁直驱发电机，所述定子套筒包括第二筒体、第四环形凸边和第五环形凸边，所述第二筒体伸入至所述第一筒体内，所述第五环形凸边与所述第三环形凸边连接，所述第四环形凸边与所述第二环形凸边连接。
进一步地，此永磁直驱发电机，所述密封腔内设有水。
进一步地，此永磁直驱发电机，还包括：
轴承，安装在所述主轴上，且与所述罩体的内壁相抵接。
进一步地，此永磁直驱发电机，所述主轴内部为空腔，所述主轴内部设有安装座，所述转子套筒与所述安装座固定连接。
进一步地，此永磁直驱发电机，还包括：
过滤件，设置在所述第一支撑件外部。
进一步地，此永磁直驱发电机，所述端盖上开设有注液孔，所述注液孔与所述密封腔相连通。
本发明还提供了一种永磁直驱发电系统，包括：
上述的永磁直驱发电机；
蓄液箱，与所述注液孔相连通；
轮毂，与所述主轴远离所述端盖的一端相连接；
叶轮，与所述轮毂固定连接。
本发明具有以下优点：
1.本发明提供的永磁直驱发电机，包括主轴、转子、转子套筒、壳体、定子、定子套筒、端盖、第一支撑件和第二支撑件，转子固定安装在主轴上，转子套筒内部为空腔，套设在主轴上，转子位于空腔内，壳体内部为空腔，主轴转动安装在壳体内，定子固定安装在壳体内壁上，定子套筒套设在壳体内部，定子位于壳体与定子套筒之间，端盖与壳体固定连接，第一支撑件安装在主轴上，且与定子套筒固定连接，第二支撑件安装在主轴上，且与端盖固定连接，端盖、第二支撑件、主轴、转子套筒、第一支撑件和定子套之间形成适于容纳水的密封腔。
通过将转子安装在主轴上，并在转子外侧套设转子套筒，将转子密封在转子套筒内，再将定子安装再壳体内，并在定子外侧套设定子套筒，将定子密封在定子套筒内，可对转子和定子进行密封，当永磁直驱发电机在水下工作时可防止转子和定子暴露在水中，设置在主轴和定子套筒之间的第一支撑件和设置在主轴上与端盖连接的第二支撑件可承载主轴的径向承载力，对主轴起到支撑作用，端盖、第二支撑件、主轴、转子套筒、第一支撑件、和定子套筒之间的密封腔允许发电机内外水循环，对发电机的密封性要求低，无需使用多层唇封的密封件，简化了永磁直驱发电机的结构，降低了制造的成本。
2.本发明提供的永磁直驱发电机，壳体包括第一筒体以及位于第一筒体两端的第一环形凸边和第二环形凸边，通过在第一筒体的内壁上设置环形限位凸筋，定子安装后可与环形限位凸筋相抵接，提高了定子的稳固性，第一环形凸边与端盖连接，第二环形凸边与定子套筒连接，从而将定子密封在壳体与定子套筒形成的空腔内，具体更好的密封性能。
3.本发明提供的永磁直驱发电机，定子套筒包括第二筒体、第四环形凸边和第五环形凸边，第二筒体伸入至第一筒体内，第五环形凸边与第三环形凸边连接，第四环形凸边与第二环形凸边连接，使壳体、定子套筒与端盖之间形成密封空腔，在水下运行时可为定子提供更为可靠的密封性。
4.本发明提供的永磁直驱发电机，端盖、第二支撑件、主轴、转子套筒、第一支撑件和定子套之间形成密封腔中填充有水，通过在密封腔中填充水，使永磁直驱发电机内部的压强与外部环境中水的压强相同，减少外部水压对永磁直驱发电机结构的损坏，以提高永磁直驱发电机结构的使用寿命。
5.本发明提供的永磁直驱发电机，在主轴与罩体相抵接的内壁上安装轴承可为主轴转动提供支撑和减少摩擦。
6.本发明提供的永磁直驱发电机，主轴内部为空腔，主轴内部设有安装座，转子套筒与安装座固定连接，通过将转子密封在转子套筒内，当在水下运行时可提高转子的密封性，避免外界环境中的水对转子产生损害，主轴内部为空腔结构减小了发电机整体重量，使得主轴、轮毂及叶片处于水下中立密度，减小了密封件需要承载的径向力。
7.本发明提供的永磁直驱发电机，在第一支撑件外部设置有过滤件，可过滤去除部分大颗粒漂浮物，避免漂浮物进入发电机内。
8.本发明提供的永磁直驱发电系统，包括永磁直驱发电机、蓄液箱、轮毂和叶轮，蓄液箱与注液孔相连通，轮毂与主轴远离端盖的一端相连接，叶轮与轮毂固定连接。
通过蓄液箱可向永磁直驱发电机内密封腔中注入水，使永磁直驱发电机内部的压强与外部环境中水的压强相同，减少外部水压对永磁直驱发电机结构的损坏，以提高永磁直驱发电机结构的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的永磁直驱发电机的剖视图；
图2为本发明实施例提供的永磁直驱发电机的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的永磁直驱发电机的另一视角结构示意图；
图4为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中壳体的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中壳体的剖视图；
图6为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中端盖的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中端盖的剖视图；
图8为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中定子套筒的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中主轴的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的永磁直驱发电机中主轴的剖视图。
附图标记说明：
1、主轴；11、安装座；12、第一台阶；13、第二台阶；14、第三台阶；15、第四台阶；16、第五台阶；17、第六环形凸边；2、转子；3、转子套筒；4、壳体；41、第一筒体；42、第一环形凸边；43、第二环形凸边；44、环形限位凸筋；5、定子；6、定子套筒；61、第二筒体；62、第四环形凸边；63、第五环形凸边；7、端盖；71、罩体；72、第三环形凸边；8、第一支撑件；9、第二支撑件；10、轴承。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
在本发明的描述中，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1至图10所示，为本实施例提供的永磁直驱发电机，包括主轴1、转子2、转子套筒3、壳体4、定子5、定子套筒6、端盖7、第一支撑件8和第二支撑件9，转子2固定安装在主轴1上，转子套筒3内部为空腔，套设在主轴1上，转子2位于空腔内，壳体4内部为空腔，主轴1转动安装在壳体4内，定子5固定安装在壳体4内壁上，定子套筒6套设在壳体4内部，定子5位于壳体4与定子套筒6之间，端盖7与壳体4固定连接，第一支撑件8安装在主轴1上，且与定子套筒6固定连接，第二支撑件9安装在主轴1上，且与端盖7固定连接，端盖7、第二支撑件9、主轴1、转子套筒3、第一支撑件8和定子5套之间形成适于容纳水的密封腔。
本实施例中对第一支撑件8的密封性要求低，允许发电机内外水循环。第一支撑件8可采用机械密封，只需提供一个主轴1的径向承载力并阻止包括海洋生物在内的大颗粒进入发电机即可，不需要大尺寸轴承，降低了成本，减少了维护需求。
本实施例中，转子2采用永磁体，定子5采用绕组线圈。
通过将转子2安装在主轴1上，并在转子2外侧套设转子套筒3，将转子2密封在转子套筒3内，再将定子5安装再壳体4内，并在定子5外侧套设定子套筒6，将定子5密封在定子套筒6内，可对转子2和定子5进行密封，当永磁直驱发电机在水下工作时可防止转子2和定子5暴露在水中，设置在主轴1和定子套筒6之间的第一支撑件8和设置在主轴1上与端盖7连接的第二支撑件9可承载主动的径向承载力，对主轴起到支撑作用，端盖7、第二支撑件9、主轴1、转子套筒3、第一支撑件8、和定子套筒6之间的密封腔允许发电机内外水循环，对发电机的密封性要求低无需使用多层唇封的密封件，简化了永磁直驱发电机的结构，降低了制造和使用的成本。
由于密封腔内允许水进入，主轴1在水中的转动的阻力远大于空气中的阻力，从而使得主轴1的转速较低，符合直驱形式的发电机的低转速设计要求。
如图4和图5所示，壳体4包括第一筒体41以及位于第一筒体41两端的第一环形凸边42和第二环形凸边43，通过在第一筒体41的内壁上设置环形限位凸筋44，定子5安装后可与环形限位凸筋44相抵接，提高了定子5的稳固性，第一环形凸边42与端盖7连接，第二环形凸边43与定子套筒6连接，从而将定子5密封在壳体4与定子套筒6形成的空腔内，具体更好的密封性能。
如图6和图7所示，端盖7包括罩体71以及设置在罩体71边沿处的第三环形凸边72，第三环形凸边72与第一环形凸边42连接。
如图8所示，定子套筒6包括第二筒体61、第四环形凸边62和第五环形凸边63，第二筒体61伸入至第一筒体41内，第五环形凸边63与第三环形凸边72连接，第四环形凸边62与第二环形凸边43连接，使壳体4、定子套筒6与端盖7之间形成密封空腔，在水下运行时可为定子5提供更为可靠的密封性。
本实施例中第一环形凸边42、第二环形凸边43、第三环形凸边72、第四环形凸边62和第五环形凸边63上均开设有多个螺栓孔，第三环形凸边72与第一环形凸边42通过螺栓固定连接，第五环形凸边63与第三环形凸边72通过螺栓固定连接，第四环形凸边62与第二环形凸边43通过螺栓固定连接。
如图1所示，本实施例中端盖7、第二支撑件9、主轴1、转子套筒3、第一支撑件8和定子5套之间形成密封腔中填充有水，通过在密封腔中填充水，使永磁直驱发电机内部的压强与外部环境中水的压强相同，减少外部水压对永磁直驱发电机结构的损坏，以提高永磁直驱发电机结构的使用寿命。
本实施例中密封腔中填充的水可采用洁净淡水，可减少水体对发电机内部的腐蚀，本实施例中密封腔中填充水的水压略大于外部环境中的水压，当密封件损坏时，由于发电机内部压力大于外部压力，可避免外部的海水进入发电机内，从而减少海水对发电机内的腐蚀。
如图1所示，在主轴1与罩体71相抵接的内壁上安装轴承10可为主轴1转动提供支撑和减少摩擦。本实施例中，设置有两个轴承10。
本实施例中，轴承10优选的采用单层唇封轴承10，这种轴承10结构简单，安装方便，无需使用大尺寸轴承10便可承载较大的径向力，降低了使用成本，减少了维护需求。
本实施例中第二支撑件9优选的采用转动式主动密封件，当在水下运行时可对端盖7一侧的轴承10起到密封作用，避免海水进入端盖7设有轴承10的一侧对轴承10或内部传感器等造成损害。
如图9和图10所示，主轴1内部为空腔，主轴1内部设有安装座11，转子套筒3与安装座11固定连接，通过将转子2密封在转子套筒3内，当在水下运行时可提高转子2的密封性，避免外界环境中的水对转子2产生损害，主轴1内部为空腔结构减小了发电机整体重量，使得主轴1、轮毂及叶片处于水下中立密度，减小了密封件需要承载的径向力。
本实施例中，主轴1呈五级台阶状，第一支撑件8安装在第一台阶12上，转子2安装在第二台阶上，第二支撑件9安装在第三台阶14上，轴承10分别设置在第四台阶15和第五台阶16上。
优选的，本实施例中主轴1内部空腔靠近第五台阶16的一端为盲孔结构，靠近第一台阶12的一端设有适于与轮毂相连接的第六环形凸边17。
本实施例中，主轴1由第一台阶12向第五台阶16的方向直径逐渐减少，从而可使安装在第五台阶16上的轴承10尺寸减小，避免了使用大尺寸轴承造成的使用成本高的问题。
本实施例中，在第一支撑件8外部设置有过滤件，可过滤去除部分大颗粒漂浮物，避免漂浮物及海洋生物等进入发电机内。
本实施例中，端盖7上开设有注液孔，注液孔与密封腔相连通，通过注液孔可向密封腔中注入洁净淡水。
实施例2
本发提供的永磁直驱发电系统，包括实施例1中的永磁直驱发电机、蓄液箱、轮毂和叶轮，蓄液箱与注液孔相连通，轮毂与主轴1远离端盖7的一端相连接，叶轮与轮毂固定连接。
将发电机与水轮机的轮毂直接连接，省去了中间的齿轮箱，大大地提高了系统的整体可靠性和工作效率，通过蓄液箱可向永磁直驱发电机内密封腔中注入水，使永磁直驱发电机内部的压强与外部环境中水的压强相同，减少外部水压对永磁直驱发电机结构的损坏，以提高永磁直驱发电机结构的使用寿命，进一步提高了发电系统的使用寿命。
通过将端盖7、第二支撑件9、主轴1、转子套筒3、第一支撑件8、和定子套筒6之间的密封腔允许发电机内外水循环，降低了对发电机的密封性要求，无需使用多层密封，简化了永磁直驱发电机的结构，降低了制造的成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种永磁直驱发电机，其特征在于，包括：
主轴(1)；
转子(2)，固定安装在所述主轴(1)上；
转子套筒(3)，其内部为空腔，套设在所述主轴(1)上，所述转子(2)位于所述空腔内；
壳体(4)，其内部为空腔，所述主轴(1)转动安装在所述壳体(4)内；
定子(5)，固定安装在所述壳体(4)内壁上；
定子套筒(6)，套设在所述壳体(4)内部，所述定子(5)位于所述壳体(4)与所述定子套筒(6)之间；
端盖(7)，与所述壳体(4)固定连接；
第一支撑件(8)，安装在所述主轴(1)上，且与所述定子套筒(6)固定连接；
第二支撑件(9)，安装在所述主轴(1)上，且与所述端盖(7)固定连接，所述端盖(7)、所述第二支撑件(9)、所述主轴(1)、所述转子套筒(3)、所述第一支撑件(8)和所述定子(5)套之间形成适于容纳水的密封腔。
2.根据权利要求1所述的永磁直驱发电机，其特征在于，所述壳体(4)包括第一筒体(41)以及位于所述第一筒体(41)两端的第一环形凸边(42)和第二环形凸边(43)，所述第一筒体(41)的内壁上设有环形限位凸筋(44)，所述定子(5)与所述环形限位凸筋(44)相抵接，所述第一环形凸边(42)与所述端盖(7)连接，所述第二环形凸边(43)与所述定子套筒(6)连接。
3.根据权利要求2所述的永磁直驱发电机，其特征在于，所述端盖(7)包括罩体(71)以及设置在所述罩体(71)边沿处的第三环形凸边(72)，所述第三环形凸边(72)与所述第一环形凸边(42)连接。
4.根据权利要求3所述的永磁直驱发电机，其特征在于，所述定子套筒(6)包括第二筒体(61)、第四环形凸边(62)和第五环形凸边(63)，所述第二筒体(61)伸入至所述第一筒体(41)内，所述第五环形凸边(63)与所述第三环形凸边(72)连接，所述第四环形凸边(62)与所述第二环形凸边(43)连接。
5.根据权利要求3或4所述的永磁直驱发电机，其特征在于，所述密封腔内设有水。
6.根据权利要求5所述的永磁直驱发电机，其特征在于，还包括：
轴承(10)，安装在所述主轴(1)上，且与所述罩体(71)的内壁相抵接。
7.根据权利要求6所述的永磁直驱发电机，其特征在于，所述主轴(1)内部为空腔，所述主轴(1)内部设有安装座(11)，所述转子套筒(3)与所述安装座(11)固定连接。
8.根据权利要求7所述的永磁直驱发电机，其特征在于，还包括：
过滤件，设置在所述第一支撑件(8)外部。
9.根据权利要求8所述的永磁直驱发电机，其特征在于，所述端盖(7)上开设有注液孔，所述注液孔与所述密封腔相连通。
10.一种永磁直驱发电系统，其特征在于，包括：
权利要求9所述的永磁直驱发电机；
蓄液箱，与所述注液孔相连通；
轮毂，与所述主轴(1)远离所述端盖(7)的一端相连接；
叶轮，与所述轮毂固定连接。
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