CN209389803U - 一种永磁水轮发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电机领域，尤其是一种永磁水轮发电机，包括：发电单元，包括和转轮同轴相连的主轴，在永磁水轮发电机分为上、下两个腔体上腔体中含有主轴和轴向方向上间隔设有多个盘式磁体，在主轴和盘式磁体外罩设有机壳，在机壳内固定有多个沿主轴轴向方向设置的盘式绕组，盘式绕组和盘式磁体在主轴的轴向方向上相互交叉间隔设置，使得单个盘式绕组设置在两个盘式永磁体形成的磁场内。本实用新型采用了全新的线圈绕组和永磁体的设计方式，充分合理利用了机壳的内部空间，增加了线圈绕组和永磁体相互切割的接触面积，主轴转动单圈驱动永磁体切割线圈绕组的发电量得到明显提升，有效提高了永磁水轮发电机的发电效率。

Description

一种永磁水轮发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，尤其是一种永磁水轮发电机。

背景技术

发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。目前的水轮发电机基本上采用立轴式结构，立式水轮发电机组电站厂房分为发电机层和水轮机层，厂房的高程很高，建设时需要大量的土建工程，使整个电站的建设成本较高，设备的制造和维护成本高昂，现有技术中，中国专利申请号为2018207153571的一体式永磁水轮发电机公布了一种将水轮机和发电机相结合的一体式设计，克服了传统水轮发电机组中发电机层和水轮机层分散设计的缺陷，但是一体式永磁水轮发电机中的线圈绕组设置在机壳内壁上，在主轴上设置相应的永磁体，永磁体和线圈绕组均沿主轴的轴向方向设置，机壳的内部空间利用率低，导致线圈绕组和永磁体之间的相互切割面积小，存在发电效率低的缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供了一种永磁水轮发电机，其结构设计合理，采用了全新的线圈绕组和永磁体的设计方式，充分合理利用了机壳的内部空间，增加了线圈绕组和永磁体相互切割的接触面积，主轴转动单圈驱动永磁体切割线圈绕组的发电量得到明显提升，大大增加了永磁体切割线圈绕组的效率，有效提高了永磁水轮发电机的发电效率，解决了现有技术中存在的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种永磁水轮发电机，包括：

发电单元，包括和转轮同轴相连的主轴，在所述主轴的轴向方向上间隔设有多个盘式永磁体，在主轴和盘式永磁体外罩设有机壳，在机壳内固定有多个沿主轴轴向方向设置的盘式绕组，所述盘式绕组和盘式永磁体在主轴的轴向方向上相互交叉间隔设置，使得单个盘式绕组设置在两个盘式永磁体形成的磁场内；

驱动单元，用于使外部水流冲击转轮转动，以驱动主轴和盘式磁体转动，所述盘式永磁体相对盘式绕组转动，使得盘式绕组切割磁场中的磁感线以产生电流。

优选的，所述盘式绕组和盘式永磁体相水平设置。

优选的，在所述主轴上设有多个转盘，在所述转盘上设有多个卡槽，在每个卡槽内均设有永磁体单元，所述转盘上的多个永磁体单元共同形成盘式永磁体，单个所述盘式绕组上下两侧的盘式永磁体的磁性相反，以形成磁场。

优选的，在所述机壳顶部设有和主轴相连的推力轴承。

优选的，所述盘式绕组和第一引线相连，所述第一引线穿出机壳设置，用于向外传输电流。

优选的，所述发电单元还包括设置在转轮下部侧壁上的鼠笼式永磁体，所述鼠笼式永磁体包括多个沿转轮外壁圆周设置的永磁体单元，在鼠笼式永磁体外对应设有鼠笼式绕组，在鼠笼式圈绕组外部设有另一个鼠笼式永磁体，两个鼠笼式永磁体形成磁场，所述鼠笼式永磁体可相对鼠笼式绕组转动，使鼠笼式绕组切割磁场中的磁感线以产生电流。

优选的，所述鼠笼式永磁体沿转轮外侧壁的轴向方向设置，其数量不少于两个。

优选的，所述鼠笼式绕组和第二引线相连，所述第二引线用于向外传输电流。

优选的，所述转轮和排水管道相连，在所述排水管道内设有排水阀，所述转轮内水轮转动位置的水流具有第一压力，所述转轮的排水位置具有第二压力，当第一压力大于第二压力时，排水阀打开以使转轮内水流沿排水管道向外输送。

优选的，所述转轮设置在蜗壳内，在所述蜗壳的底部设有支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述蜗壳，使蜗壳处于水平状态。

本实用新型采用上述结构的有益效果是，其结构设计合理，采用了全新的线圈绕组和永磁体的设计方式，充分合理利用了机壳的内部空间，增加了线圈绕组和永磁体相互切割的接触面积，主轴转动单圈驱动永磁体切割线圈绕组的发电量得到明显提升，大大增加了永磁体切割线圈绕组的效率，有效提高了永磁水轮发电机的发电效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的转盘的结构示意图。

图3为图1中A部的局部放大结构示意图。

图中，1、蜗壳；2、转轮；3、入水口；4、主轴；5、盘式永磁体；6、盘式绕组；7、支撑装置；8、转盘；9、卡槽；10、机壳；11、推力轴承；12、第一引线；13、鼠笼式磁体；14、鼠笼式绕组；15、第二引线；16、排水管道； 17、排水阀；18、混凝土基体。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。

如图1-3所示，一种永磁水轮发电机，包括：

发电单元，包括和转轮2同轴相连的主轴4，在主轴4的轴向方向上间隔设有多个盘式永磁体5，在主轴4和盘式永磁体5外罩设有机壳10，在机壳10内固定有多个沿主轴4轴向方向设置的盘式绕组6，盘式绕组6和盘式永磁体5在主轴4的轴向方向上相互交叉间隔设置，使得单个盘式绕组6设置在两个盘式永磁体5形成的磁场内；

驱动单元，用于使外部水流冲击转轮2转动，以驱动主轴4和盘式永磁体5 转动，盘式永磁体5相对盘式绕组6转动，使得盘式绕组6切割磁场中的磁感线以产生电流。

驱动单元采用现有技术，具体的，包括设置在转轮2外部的蜗壳，蜗壳1 入水口3的径向尺寸大于出水口的径向尺寸，对蜗壳1入水口进入的水流进行加速；蜗壳1在水平方向上螺旋设置，蜗壳1流道的径向尺寸从入水口3向出水口逐渐减小，以形成水流加速效应，提高水流冲击力。

为了保证发电效率，盘式绕组6和盘式永磁体5相水平设置。使盘式永磁体5在跟随主轴4转动过程中，能够和盘式绕组6之间保持切割磁感线的高效率状态，提高发电效率。

为了方便盘式永磁体5的安装设置，在主轴4上设有多个转盘8，在转盘8 上设有多个卡槽9，在每个卡槽9内均设有永磁体单元，转盘8上的多个永磁体单元共同形成盘式永磁体5，单个盘式绕组6上下两侧的盘式永磁体5的磁性相反，以形成磁场。

为了方便主轴4的安装设置，在机壳10顶部设有和主轴4相连的推力轴承11。推力轴承11能够使主轴4在负载较大状态下保持相对稳定的转动状态。

为了方便向外输送电流，盘式绕组6和第一引线12相连，第一引线12穿出机壳10设置，用于向外传输电流。

为了充分利用转轮2在水流推动下转动产生的机械能，发电单元还包括设置在转轮2下部侧壁上的鼠笼式磁体13，鼠笼式磁体13包括多个沿转轮2外壁圆周设置的永磁体单元，在鼠笼式磁体13外对应设有鼠笼式绕组14，在鼠笼式绕组14外部设有另一个鼠笼式磁体13，两个鼠笼式磁体13形成磁场，鼠笼式磁体13可相对鼠笼式绕组14转动，使鼠笼式绕组14切割磁场中的磁感线以产生电流。

鼠笼式磁体13沿转轮2外侧壁的轴向方向设置，其数量不少于两个。多组鼠笼式磁体13和鼠笼式绕组14能够最大化发电机设备的发电量，提高能量转换效率。

为了方便向外输送电流，鼠笼式绕组14和第二引线15相连，第二引线15 用于向外传输电流。

为了防止转轮2内部水压过大损坏设备，转轮2和排水管道16相连，在排水管道16内设有排水阀17，转轮2内水轮转动位置的水流具有第一压力，转轮2的排水位置具有第二压力，当第一压力大于第二压力时，排水阀17打开以使转轮2内水流沿排水管道16向外输送。

为了保证蜗壳1始终保持大体的水平状态，保证水流以最大流量进入蜗壳1 的入水口，在蜗壳1的底部设有支撑装置7，支撑装置7用于支撑蜗壳1，使蜗壳1大体上处于水平状态。支撑装置7可选用液压千斤顶，或其他承载力较大的支撑设备。

为了能够抵挡水流的冲击力，使发电机稳定工作，蜗壳1及转轮2等发电机设备需要安装在混凝土基体18上，因为整个混凝土基体18和发电机设备外形及自重很大，在安装过程中蜗壳1的水平状态存在客观的偏差，在允许范围内，使蜗壳1大体上保持水平状态。

在工作过程中水流从蜗壳1的入水口3冲击进入，经蜗壳1加速推动转轮2 内水轮转动，整个过程会产生非常大的作用力，对混凝土基体18会产生挤压形变，为了使蜗壳1能够始终保持水平状态，通过人工检修发现蜗壳1水平度是否发生偏差，以及时通过液压千斤顶对蜗壳1高度进行调整，以保证蜗壳1始终保持大体上的水平状态。

上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。

本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种永磁水轮发电机，其特征在于，包括：

发电单元，包括和转轮同轴相连的主轴，在所述主轴的轴向方向上间隔设有多个盘式永磁体，在主轴和盘式永磁体外罩设有机壳，在机壳内固定有多个沿主轴轴向方向设置的盘式绕组，所述盘式绕组和盘式永磁体在主轴的轴向方向上相互交叉间隔设置，使得单个盘式绕组设置在两个盘式永磁体形成的磁场内；

驱动单元，用于使外部水流冲击转轮转动，以驱动主轴和盘式磁体转动，所述盘式永磁体相对盘式绕组转动，使得盘式绕组切割磁场中的磁感线以产生电流。

2.根据权利要求1所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述盘式绕组和盘式永磁体相水平设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，在所述主轴上设有多个转盘，在所述转盘上设有多个卡槽，在每个卡槽内均设有永磁体单元，所述转盘上的多个永磁体单元共同形成盘式永磁体，单个所述盘式绕组上下两侧的盘式永磁体的磁性相反，以形成磁场。

4.根据权利要求3所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，在所述机壳顶部设有和主轴相连的推力轴承。

5.根据权利要求4所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述盘式绕组和第一引线相连，所述第一引线穿出机壳设置，用于向外传输电流。

6.根据权利要求5所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述发电单元还包括设置在转轮下部侧壁上的鼠笼式永磁体，所述鼠笼式永磁体包括多个沿转轮外壁圆周设置的永磁体单元，在鼠笼式永磁体外对应设有鼠笼式绕组，在鼠笼式圈绕组外部设有另一个鼠笼式永磁体，两个鼠笼式永磁体形成磁场，所述鼠笼式永磁体可相对鼠笼式绕组转动，使鼠笼式绕组切割磁场中的磁感线以产生电流。

7.根据权利要求6所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述鼠笼式磁体沿转轮外侧壁的轴向方向设置，其数量不少于两个。

8.根据权利要求6或7所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述鼠笼式绕组和第二引线相连，所述第二引线用于向外传输电流。

9.根据权利要求8所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述转轮和排水管道相连，在所述排水管道内设有排水阀，所述转轮内的水流具有第一压力，所述排水阀的打开需要第二压力，当第一压力大于第二压力时，排水阀打开以使转轮内水流沿排水管道向外输送。

10.根据权利要求9所述的一种永磁水轮发电机，其特征在于，所述转轮设置在蜗壳内，在所述蜗壳的底部设有支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述蜗壳，使蜗壳处于水平状态。