CN210217980U - 一种迷你永磁浮水斗式水力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种迷你永磁浮水斗式水力发电机，包括第一侧表面固定有喷嘴的主支架，主支架的第一和第三侧表面连接有定子支架，定子支架上固定有定子绕组，主支架的第二侧和第四侧内壁上均固定有径向磁轴承，径向磁轴承的转子上固定套接有发电机主轴，发电机主轴的两端为钝圆锥形，发电机主轴两端外侧的主支架上开设有螺丝孔，螺丝孔内配设有微调螺丝，发电机主轴的钝圆锥形端部与微调螺丝端面接触，发电机主轴上固套有水斗转轮和转子支架，转子支架上固定有转子永磁体，喷嘴的出口中心线垂直于水斗转轮的水斗进水面并与转轮的节圆相切。本申请采用了磁悬浮发电机主轴，水斗转轮与无铁芯永磁发电机共轴结构，摩擦损耗极小，发电效率极高。

Description

一种迷你永磁浮水斗式水力发电机

技术领域

本实用新型涉及冲击式微水力发电机技术领域，具体涉及一种迷你永磁浮水斗式水力发电机。

背景技术

微水电利用电力负荷附近的低水头小流量的微小水资源发电，无需变电、直接供用户使用的水力发电系统。微水电是解决环境与资源矛盾的重要途径，对推动我国和其它国家特别是发展中国家农村电气化、可持续发展和社会的全面进步具有重要的战略意义。

本实用新型的发明人经过研究发现，目前的微水发电效率普遍较低，如欧美利用调速的方式，使微水电的效率达到了70-80％，而中国为了降低开发成本，使用不调速配合假负载的方式发电，使微水电的效率达到了大约20-40％，转化效率极低。因此，为了提高换能效率，特别是微水发电效率，很有必要开发一种可靠并能实际应用的高效水力发电机。

实用新型内容

针对现有微水发电效率普遍较低的技术问题，本实用新型提供一种迷你永磁浮水斗式水力发电机。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种迷你永磁浮水斗式水力发电机，包括中空结构的主支架，所述主支架的第一侧表面固定安装有喷嘴，所述主支架的第一侧表面及相对的第三侧表面固定连接有无铁芯永磁发电机的定子支架，所述定子支架上固定有定子绕组，所述主支架的第二侧内壁上固定安装有第一径向磁轴承，与所述第二侧内壁相对的主支架的第四侧内壁上固定安装有第二径向磁轴承，所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承的转子上固定套接有发电机主轴，所述发电机主轴的两端为打磨的钝圆锥形，所述发电机主轴一端外侧的主支架内壁上开设有与外部导通的第一螺丝孔，所述第一螺丝孔内配设有第一微调螺丝，所述发电机主轴另一端外侧的主支架内壁上开设有与外部导通的第二螺丝孔，所述第二螺丝孔内配设有第二微调螺丝，所述发电机主轴的钝圆锥形端部与第一微调螺丝或第二微调螺丝的端面接触，所述发电机主轴的中间固定套接有无铁芯永磁发电机的转子支架，所述转子支架与定子支架相邻配置，所述转子支架上固定有多个转子永磁体，所述转子支架和第二径向磁轴承之间的发电机主轴上还固定套接有水斗转轮，所述喷嘴的进口连接低水头水源，所述喷嘴的出口中心线垂直于水斗转轮的水斗进水面并与转轮的节圆相切。

与现有技术相比，本实用新型提供的迷你永磁浮水斗式水力发电机，通过在发电机主轴两端外侧的主支架上开设螺丝孔，螺丝孔由内配设有由内向外旋出的微调螺丝，微调螺丝的平板端面用于限制发电机主轴的轴向运动，通过配合调节两微调螺丝，能较为方便地实现两径向磁轴承转子与定子的相互平衡位置，使得发电机主轴及主轴上的水斗转轮和发电机的转子支架与转子永磁体能径向磁悬浮，而发电机主轴的轴向最多只有一点轻微接触主轴位置第一微调螺丝或第二微调螺丝的端面，极大的减少了摩擦阻力与摩擦损耗，相应的提高了能量转化效率；而喷嘴出口中心线垂直于水斗转轮的水斗进水面并与转轮的节圆相切，由此可以实现公知的最大效率发电。据此，本实用新型采用了磁悬浮发电机主轴、水斗转轮与无铁芯永磁发电机共轴的结构，降低了发电机结构设计困难的同时，摩擦损耗极小，使得在极低的水头下，微量水流就能轻易启动发电机主轴，发电机就输出微小电力，当水斗转轮上的单个水斗直径较小时，转子转速极高，并且发电机运行时只有风阻及电力负载阻力，所以发电效率极高，因而本申请特别适合于在偏远有微水无电区工作使用。

进一步，所述主支架为塑料注塑或者塑料3D打印而成的刚性不导磁支架。

进一步，所述主支架的第一至第四侧表面设有多个固定孔，所述喷嘴和定子支架上设有连接孔，所述固定孔和连接孔内螺接有固定螺钉。

进一步，所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承包括固定连接于主支架侧内壁上的磁轴承定子座，所述磁轴承定子座内固定嵌套有定子永磁环，所述定子永磁环内间隙嵌套有转子永磁环，所述定子永磁环和转子永磁环在轴向等高且在径向相互排斥。

进一步，所述定子永磁环和转子永磁环若为径向充磁，则充磁方向要相反，且所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承之间的安装方向要相反；所述定子永磁环和转子永磁环若为轴向充磁，则充磁方向要相同，且所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承之间的安装方向要相同。

进一步，所述磁轴承定子座上设有锁紧孔，所述主支架的侧壁上设有安装孔，所述锁紧孔和安装孔内螺接有锁紧螺钉。

附图说明

图1是本实用新型提供的迷你永磁浮水斗式水力发电机结构示意图。

图2是图1中沿A-A方向的剖视结构示意图。

图3是图1中发电机主轴、径向磁轴承和微调螺丝之间的结构示意图。

图中，1、主支架；2、喷嘴；3、定子支架；4、定子绕组；5、第一径向磁轴承；51、磁轴承定子座；511、锁紧孔；52、定子永磁环；53、转子永磁环；6、第二径向磁轴承；7、发电机主轴；8、第一螺丝孔；9、第一微调螺丝；10、第二螺丝孔；11、第二微调螺丝；12、转子支架；13、转子永磁体；14、水斗转轮；15、安装孔。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1至图3所示，本实用新型提供一种迷你永磁浮水斗式水力发电机，包括中空结构的主支架1，所述主支架1的第一侧表面固定安装有喷嘴2，所述主支架1的第一侧表面及相对的第三侧表面固定连接有现有无铁芯永磁发电机的定子支架3，所述定子支架3上固定有定子绕组4，而所述定子绕组4于定子支架3上的具体结构设计为现有无铁芯永磁发电机的公知技术，所述主支架1的第二侧内壁上固定安装有第一径向磁轴承5，与所述第二侧内壁相对的主支架1的第四侧内壁上固定安装有第二径向磁轴承6，所述第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6的转子上固定套接有发电机主轴7，所述发电机主轴7具体可由轻质刚性耐磨材料制成，所述发电机主轴7的两端为打磨的钝圆锥形，所述发电机主轴7一端外侧的主支架1内壁上开设有与外部导通的第一螺丝孔8，所述第一螺丝孔8内配设有第一微调螺丝9，所述发电机主轴7另一端外侧的主支架1内壁上开设有与外部导通的第二螺丝孔10，所述第二螺丝孔10内配设有第二微调螺丝11，所述第一微调螺丝9和第二微调螺丝11具体可采用不锈钢质外六角微调螺丝，所述发电机主轴7的钝圆锥形端部与第一微调螺丝9或第二微调螺丝11的端面接触，即所述发电机主轴7最多只有一点轻微接触第一微调螺丝9或第二微调螺丝11的端面，所述发电机主轴7的中间固定套接有现有无铁芯永磁发电机的转子支架12，所述转子支架12与定子支架3相邻配置，所述转子支架12上固定有多个转子永磁体13，而所述转子永磁体13于转子支架12上的具体结构设计为现有无铁芯永磁发电机的公知技术，所述转子支架12和第二径向磁轴承6之间的发电机主轴7上还固定套接有水斗转轮14，即所述水斗转轮14与无铁芯永磁发电机共轴安装，所述喷嘴2的进口连接高水头水源，所述喷嘴2的出口中心线垂直于水斗转轮14的水斗进水面并与转轮的节圆相切，具体所述水斗转轮14可由塑料3D打印而成或采用单个水斗注塑后组装构成，每个水斗在喷嘴出口的水流冲击转动过程中与喷嘴2的出口中心线垂直，且该出口中心线与水斗转轮14的每个水斗的外节圆相切。

与现有技术相比，本实用新型提供的迷你永磁浮水斗式水力发电机，通过在发电机主轴两端外侧的主支架上开设螺丝孔，螺丝孔由内配设有由内向外旋出的微调螺丝，微调螺丝的平板端面用于限制发电机主轴的轴向运动，通过配合调节两微调螺丝，能较为方便地实现两径向磁轴承转子与定子的相互平衡位置，使得发电机主轴及主轴上的水斗转轮和发电机的转子支架与转子永磁体能径向磁悬浮，而发电机主轴的轴向最多只有一点轻微接触主轴位置第一微调螺丝或第二微调螺丝的端面，极大的减少了摩擦阻力与摩擦损耗，相应的提高了能量转化效率；而喷嘴出口中心线垂直于水斗转轮的水斗进水面并与转轮的节圆相切，由此可以实现公知的最大效率发电。据此，本实用新型采用了磁悬浮发电机主轴、水斗转轮与无铁芯永磁发电机共轴的结构，降低了发电机结构设计困难的同时，摩擦损耗极小，使得在极低的水头下，微量水流就能轻易启动发电机主轴，发电机就输出微小电力，当水斗转轮上的单个水斗直径较小时，转子转速极高，并且发电机运行时只有风阻及电力负载阻力，所以发电效率极高，因而本申请特别适合于在偏远有微水无电区工作使用。

作为具体实施例，所述主支架1为塑料注塑或者塑料3D打印而成的刚性不导磁支架，由此可以减少导磁材料的磁场影响和额外的涡流损耗。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述主支架1的第一至第四侧表面设有多个固定孔，所述喷嘴2和定子支架3上设有连接孔，所述固定孔和连接孔内螺接有固定螺钉，即所述喷嘴2和定子支架3通过固定螺钉固定安装在主支架1上。

作为具体实施例，请参考图2和图3所示，所述第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6包括固定连接于主支架1侧内壁上的磁轴承定子座51，所述磁轴承定子座51内固定嵌套有定子永磁环52，所述定子永磁环52内间隙嵌套有转子永磁环53，所述转子永磁环53固定套接在发电机主轴7的钝圆锥内侧，即所述转子永磁环53和定子永磁环52构成里外包围关系，所述定子永磁环52和转子永磁环53在轴向等高且在径向相互排斥，即所述转子永磁环53和定子永磁环52为一大一小两只等高的强磁环并相互排斥，由此可以有效利用磁环磁场，提高径向磁轴承的刚性。

作为具体实施例，所述定子永磁环52和转子永磁环53或者同为径向充磁，或者同为轴向充磁；若为径向充磁，则每组径向磁轴承(即第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6)内的转子永磁环和定子永磁环的充磁方向要相反，且所述第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6之间的安装方向要相反，即所述第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6之间是吸引关系，例如当所述第一径向磁轴承5安装后，所述第一径向磁轴承5的转子永磁环53的外表面若为S极，则所述第二径向磁轴承6的转子永磁环53的外表面则为N极，所述第一径向磁轴承5的定子永磁环52的外表面若为S极，则所述第二径向磁轴承6的定子永磁环55的内表面则为N极；反之则反；所述定子永磁环52和转子永磁环53若为轴向充磁，则充磁方向要相同，且所述第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6之间的安装方向要相同，即所述第一径向磁轴承5的转子永磁环53和第二径向磁轴承6的转子永磁环53之间是吸引关系，所述第一径向磁轴承5的定子永磁环52和第二径向磁轴承6的定子永磁环52之间也是吸引关系，例如当所述第一径向磁轴承5安装后，所述第一径向磁轴承5的转子永磁环53右侧若为S极，则所述第一径向磁轴承5的字子永磁环52右侧也为S极，所述第二径向磁轴承6的转子永磁环53左侧为S极，所述第二径向磁轴承6的字子永磁环52左侧也为S极，朝向中间转子支架12的一端为S极，则所述第二径向磁轴承6安装后朝向中间转子支架12的一端也应当为S极，由此可以借助转子永磁体对磁轴承的助磁作用，进一步提高磁轴承的刚性。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述磁轴承定子座51上设有锁紧孔511，所述主支架1的侧壁上设有安装孔15，所述锁紧孔511和安装孔15内螺接有锁紧螺钉，即所述磁轴承定子座51通过锁紧螺钉锁紧安装于主支架1的侧内壁，由此实现所述第一径向磁轴承5和第二径向磁轴承6在主支架1的内侧固定安装。

作为具体实施例，所述无铁芯永磁发电机的转子支架12为盘式转子，转子盘上为端面充磁，即转子盘在沿发电机主轴7的轴向端面有充磁；若所述转子支架12上固定的转子永磁体13的个数为奇数，则所有转子永磁体13的充磁方向需一致；若转子永磁体13的个数为偶数，则所有转子永磁体13的充磁方向一致，或者在圆周上相邻两个转子永磁体13的充磁方向刚好相反。如果所有转子永磁体13均同向安装，且各转子永磁体13与同一侧面的径向磁轴承的定子永磁环内侧磁极(径向充磁时)相同或者与径向磁轴承的定子永磁环临近端面(轴向充磁时)的磁极相同，则能提高径向磁轴承的刚性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种迷你永磁浮水斗式水力发电机，其特征在于，包括中空结构的主支架，所述主支架的第一侧表面固定安装有喷嘴，所述主支架的第一侧表面及相对的第三侧表面固定连接有无铁芯永磁发电机的定子支架，所述定子支架上固定有定子绕组，所述主支架的第二侧内壁上固定安装有第一径向磁轴承，与所述第二侧内壁相对的主支架的第四侧内壁上固定安装有第二径向磁轴承，所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承的转子上固定套接有发电机主轴，所述发电机主轴的两端为打磨的钝圆锥形，所述发电机主轴一端外侧的主支架内壁上开设有与外部导通的第一螺丝孔，所述第一螺丝孔内配设有第一微调螺丝，所述发电机主轴另一端外侧的主支架内壁上开设有与外部导通的第二螺丝孔，所述第二螺丝孔内配设有第二微调螺丝，所述发电机主轴的钝圆锥形端部与第一微调螺丝或第二微调螺丝的端面接触，所述发电机主轴的中间固定套接有无铁芯永磁发电机的转子支架，所述转子支架与定子支架相邻配置，所述转子支架上固定有多个转子永磁体，所述转子支架和第二径向磁轴承之间的发电机主轴上还固定套接有水斗转轮，所述喷嘴的进口连接低水头水源，所述喷嘴的出口中心线垂直于水斗转轮的水斗进水面并与转轮的节圆相切。

2.根据权利要求1所述的迷你永磁浮水斗式水力发电机，其特征在于，所述主支架为塑料注塑或者塑料3D打印而成的刚性不导磁支架。

3.根据权利要求1所述的迷你永磁浮水斗式水力发电机，其特征在于，所述主支架的第一至第四侧表面设有多个固定孔，所述喷嘴和定子支架上设有连接孔，所述固定孔和连接孔内螺接有固定螺钉。

4.根据权利要求1所述的迷你永磁浮水斗式水力发电机，其特征在于，所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承包括固定连接于主支架侧内壁上的磁轴承定子座，所述磁轴承定子座内固定嵌套有定子永磁环，所述定子永磁环内间隙嵌套有转子永磁环，所述定子永磁环和转子永磁环在轴向等高且在径向相互排斥。

5.根据权利要求4所述的迷你永磁浮水斗式水力发电机，其特征在于，所述定子永磁环和转子永磁环若为径向充磁，则充磁方向要相反，且所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承之间的安装方向要相反；所述定子永磁环和转子永磁环若为轴向充磁，则充磁方向要相同，且所述第一径向磁轴承和第二径向磁轴承之间的安装方向要相同。

6.根据权利要求4所述的迷你永磁浮水斗式水力发电机，其特征在于，所述磁轴承定子座上设有锁紧孔，所述主支架的侧壁上设有安装孔，所述锁紧孔和安装孔内螺接有锁紧螺钉。

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