CN218177748U - 一种水轮发电机用磁浮轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水轮发电机用磁浮轴承，它包括：定子组件，所述定子组件包括定子底板、固定在所述定子底板顶部的内导磁环和外导磁环、设置在所述内导磁环外侧的内磁体以及设置在所述外导磁环内侧的外磁体；连接组件，所述连接组件包括贯穿所述定子底板的主轴；转子组件，所述转子组件固定在所述主轴上，它包括转子底板、固定在所述转子底板底部的安装环以及设置在所述安装环外侧的上磁体，所述上磁体和安装环插设在内磁体和外磁体之间。本实用新型水轮发电机用磁浮轴承结构简单，克服了滑动摩擦推力轴承摩擦力大，摩擦升温高，需要用油浸润滑，润滑油又需冷却，有油泄漏污染环境，容易引发火灾等缺点。

Description

一种水轮发电机用磁浮轴承

技术领域

本实用新型属于磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种水轮发电机用磁浮轴承。

背景技术

目前，市场上重载水轮发电机主要采用的是推力滑动轴承，该轴承在使用时需要进行油润滑，长久使用后会产生雾化，油的使用量比较大，环境污染比较严重，维护成本比较高，对水资源会产生一定的污染；另外，油雾化之后要严谨防火，一旦失火，危险性也比较大。再一个缺点就是，使用推力滑动轴承，其发电阻力比较大，水资源的利用效率比较低。

实用新型内容

本实用新型目的是为了克服现有技术的不足而提供一种水轮发电机用磁浮轴承。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种水轮发电机用磁浮轴承，它包括：

定子组件，所述定子组件包括定子底板、固定在所述定子底板顶部的内导磁环和外导磁环、设置在所述内导磁环外侧的内磁体以及设置在所述外导磁环内侧的外磁体；

连接组件，所述连接组件包括贯穿所述定子底板的主轴；

转子组件，所述转子组件固定在所述主轴上，它包括转子底板、固定在所述转子底板底部的安装环以及设置在所述安装环外侧的上磁体，所述上磁体和安装环插设在内磁体和外磁体之间。

优化地，所述内磁体包括固定在所述定子底板顶部的定内下磁瓦、固定在所述定内下磁瓦顶部的内间隔环以及固定在所述内间隔环顶部的定内上磁瓦。

优化地，所述外磁体包括固定在所述定子底板顶部的定外下磁瓦、固定在所述定外下磁瓦顶部的外间隔环以及固定在所述外间隔环顶部的定外上磁瓦。

优化地，所述上磁体包括固定在所述转子底板底部的动上磁瓦、固定在所述动上磁瓦底部的动间隔环以及固定在所述动间隔环底部的动下磁瓦。

优化地，所述连接组件还包括固定在所述主轴外侧壁上的承重法兰以及圆周固定在所述定子底板底部的滚动轴承，所述转子底板与承重法兰相固定，所述滚动轴承侧壁抵设在主轴外侧壁上。

优化地，所述动间隔环、内间隔环和外间隔环的厚度相同，所述转子组件和定子组件之间的气隙厚度小于动间隔环的厚度。

优化地，所述动上磁瓦的充磁方向朝外，所述动下磁瓦的充磁方向朝内，靠近所述转子底板的一圈磁瓦由内到外依次为S-N,另一圈磁瓦为N-S。

优化地，所述定内上磁瓦和定外上磁瓦的充磁方向朝内，所述定内下磁瓦和定外下磁瓦的充磁方向朝外，靠近所述定子底板的一圈磁瓦由内到外依次为S-N-S-N，另一圈磁瓦为N-S-N-S。

优化地，所述转子底板、定子底板、动间隔环、内间隔环和外间隔环采用不导磁材料，所述内导磁环和外导磁环采用导磁材料。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

本实用新型水轮发电机用磁浮轴承结构简单，利用磁力线拉伸压缩原理进行排列放置，使转子组件和定子组件不发生接触，而且悬浮力随着转子组件轴向距离增大而增加，实现并联，克服了滑动摩擦推力轴承摩擦力大，摩擦升温高，需要用油浸润滑，润滑油又需冷却，有油泄漏污染环境，容易引发火灾等缺点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的主剖视图；

图3为本实用新型图2A处的放大图；

图4为本实用新型转子组件的结构示意图；

图5为本实用新型转子组件的主剖视图；

图6为本实用新型定子组件的结构示意图；

图7为本实用新型定子组件的主剖视图；

图8为本实用新型磁瓦的俯视图；

附图标记说明：

1、转子组件；11、转子底板；12、动间隔环；13、动上磁瓦；14、动下磁瓦；15、安装环；16、第一螺钉；

2、定子组件；20、定子底板；21、内导磁环；22、外导磁环；23、内间隔环；24、外间隔环；25、定内上磁瓦；26、定内下磁瓦；27、定外上磁瓦；28、定外下磁瓦；29、第二螺钉；

3、连接组件；31、主轴；32、承重法兰；33、滚动轴承；34、轴承螺栓；35、轴承垫圈。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，为本实用新型水轮发电机用磁浮轴承的结构示意图，它通常用在水轮发电机内，利用磁浮原理，尽可能地减少摩擦损耗，提高发电效率，它包括转子组件1、定子组件2和连接组件3。

如图6、7所示，为定子组件2的结构示意图和剖视图，定子组件2通常固定在水轮发电机的壳体上，它包括定子底板20、内导磁环21、外导磁环22、内间隔环23、外间隔环24、定内上磁瓦25、定内下磁瓦26、定外上磁瓦27、定外下磁瓦28和第二螺钉29。定子底板20呈圆形，通过螺栓与螺母配合的方式固定在水轮发电机的机壳上(定子底板20的上下两面均经过水磨处理，提高定子底板20的耐磨性，防止发生锈蚀，定子底板20采用不导磁材料，如FR4环氧板，FR4环氧板是一种绝缘阻燃的复合材料，具有耐热、防潮以及耐冲击的优点，提高定子底板20寿命的同时，可以避免对磁场产生干扰)。内导磁环21和外导磁环22通过螺栓紧固的方式固定在定子底板20的上表面(内导磁环21和外导磁环22均呈环形，且内导磁环21的外径小于外导磁环22的内径，在实际固定时，紧固螺栓由下至上穿过定子底板20而固定在内导磁环21和外导磁环22上；在本实施例中，内导磁环21和外导磁环22选用导磁材料，如45号钢，通过设置内导磁环21和外导磁环22，可以增加气隙中的磁通密度，同时也可以抑制电磁干扰)。

定内下磁瓦26有多块，它们首尾相连形成一个环形，且固定在定子底板20的上表面，定内下磁瓦26呈扇形，且扇形的定内下磁瓦26的内径等于内导磁环21的外径，因此环形的定内下磁瓦组的内侧壁与内导磁环21的外侧壁相贴合(定内下磁瓦26采用N40材料制成，且定内下磁瓦26的表面镀锌，锌在干燥空气中不易氧化，在潮湿的环境中则会在表面形成致密的碳酸锌保护膜，可以对内部的定内下磁瓦26起到很好的保护作用)。内间隔环23呈环形，且固定在定内下磁瓦26的顶部，定内上磁瓦25有多块，它们首尾相连形成一个环形，且固定在内间隔环23的顶部(定内上磁瓦25和定内下磁瓦26的数量、大小均相同，在实际固定时，将第二螺钉29穿过定内上磁瓦25、内间隔环23和定内下磁瓦26，最后固定在定子底板20上，定内上磁瓦25、内间隔环23和定内下磁瓦26三者组成环状的内磁体，包覆在内导磁环21的外侧；在本实施例中，定内上磁瓦25材质也为N40，且表面镀锌，作用与定内下磁瓦26的表面镀锌作用相同，这里不做赘述，内间隔环23采用不导磁材料支撑，例如FR4环氧板，内间隔环23将定内下磁瓦26和定内上磁瓦25分隔开，避免在充磁时，两者之间的磁场互相干扰)。

定外下磁瓦28有多块，它们首尾相连形成环形，且固定在定子底板20的上表面，定外下磁瓦28呈扇形，且扇形的定外下磁瓦28的外径等于外导磁环22的内径，因此环形的定外下磁瓦组的外侧壁与外导磁环22的内侧壁相贴合(定外下磁瓦28采用N40材料制成，且定外下磁瓦28的表面镀锌)。外间隔环24呈环形，且固定在定外下磁瓦28的顶部，定外上磁瓦27有多块，它们首尾相连形成一个环形，且固定在外间隔环24的顶部(定外上磁瓦27和定外下磁瓦28的数量、大小均相同，在实际固定时，将第二螺钉29穿过定外上磁瓦27、外间隔环24和定外下磁瓦28，最后固定在定子底板20上，定外上磁瓦27、外间隔环24和定外下磁瓦28三者组成环状的外磁体，置于外导磁环22的内侧；在本实施例中，定外上磁瓦27材质也为N40，且表面镀锌，外间隔环24采用不导磁材料支撑，例如FR4环氧板，外间隔环24将定外下磁瓦28和定外上磁瓦27分隔开，避免在充磁时，两者之间的磁场互相干扰，如图6所示，外磁体和内磁体之间留有间隙，用于容置上磁体)。

连接组件3用于连接定子组件2和转子组件1，它包括主轴31、承重法兰32、滚动轴承33、轴承螺栓34和轴承垫圈35。主轴31穿过定子底板20，主轴31与水轮机相连，水流经过水轮机时，带动主轴31转动。定子底板20上圆周开设有多组通孔，轴承螺栓34穿设在通孔内，滚动轴承33套在轴承螺栓34上，且随着主轴31的转动而转动，具体的，滚动轴承33具有内圈和外圈，滚动轴承33的内圈套在轴承螺栓34的底部，轴承螺栓34的底部辅以螺母，将滚动轴承33固定在定子底板20的底部(滚动轴承33与上下两侧设有轴承垫圈35，增大接触面的面积，确保紧固的可靠性；如图3所示，在本实施例中，螺母仅仅是将滚动轴承33的内圈压在定子底板20的下表面，由于滚珠的存在，滚动轴承33的外圈可自由转动，滚动轴承33的外圈抵设在主轴31的外侧壁上，主轴31转动时，依靠摩擦力带动滚动轴承33的外圈同步转动，而定子组件2固定在机壳上，不会发生转动，通过设置与主轴31外侧壁相接触的滚动轴承33，可以保证主轴31在转动时，不发生径向偏移)。承重法兰32通过螺栓固定在主轴31上，用于安装转子组件1。

转子组件1固定在承重法兰32的底部，如图4、5所述，为转子组件1的示意图，它随着主轴31的转动而同步转动，它包括转子底板11、动间隔环12、动上磁瓦13、动下磁瓦14、安装环15和第一螺钉16。转子底板11呈圆形，通过螺栓与螺母配合的方式固定在承重法兰32的底部(主轴31转动时，带动承重法兰32与转子底板11同步转动，转子底板11的上下两面均经过水磨处理，提高转子底板11的耐磨性，防止发生锈蚀，转子底板11采用不导磁材料，如FR4环氧板，FR4环氧板是一种绝缘阻燃的复合材料，具有耐热、防潮以及耐冲击的优点，提高转子底板11寿命的同时，可以避免对磁场产生干扰)。安装环15通过螺栓紧固的方式固定在转子底板11的下表面，具体的，紧固螺栓由上至下穿过转子底板11而固定在安装环15上。动上磁瓦13由多块，它们首尾相连形成一个环形，且固定在转子底板11的下表面，动上磁瓦13呈扇形，且扇形的动上磁瓦13的内径等于安装环15的外径，因此环形的动上磁瓦组的内侧壁与安装环15的外侧壁相贴合(动上磁瓦13采用N40材料制成，且动上磁瓦13的表面镀锌)。动间隔环12呈环形，且固定在动上磁瓦13的底部，动下磁瓦14有多块，它们首尾相连形成一个环形，且固定在动间隔环12的底部(动上磁瓦13和动下磁瓦14的数量、大小均相同，在实际固定时，将第一螺钉16穿过动下磁瓦14、动间隔环12和动上磁瓦13，最后固定在转子底板11上，动上磁瓦13、动间隔环12和动下磁瓦14三者围成上磁体，包覆在安装环15的外侧，如图2所示，上磁体插设在内磁体和外磁体之间；在本实施例中，动下磁瓦14的材质也为N40，且表面镀锌，动间隔环12采用不导磁材料制成，例如FR4环氧板，动间隔环12将动上磁瓦13和动下磁瓦14分隔开，避免在充磁时，两者之间的磁场互相干扰。动间隔环12、内间隔环23和外间隔环24三者的厚度相同，且转子组件1和定子组件2之间的气隙厚度小于动间隔环12的厚度，气隙的存在，使得定子组件2和转子组件1之间不发生接触，从而减少两者之间的摩擦损耗)。

转子组件1和定子组件2的充磁方向如下所示：

动上磁瓦13的充磁方向朝外，动下磁瓦14的充磁方向朝内，靠近转子底板11的一圈磁瓦由内到外依次为S-N,另一圈磁瓦为N-S。

定内上磁瓦25和定外上磁瓦27的充磁方向朝内，定内下磁瓦26和定外下磁瓦28的充磁方向朝外，靠近定子底板20的一圈磁瓦由内到外依次为S-N-S-N，另一圈磁瓦为N-S-N-S(在实际使用中，可以根据实际情况在轴向或者径向增加磁环的数量)。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于，它包括：

定子组件(2)，所述定子组件(2)包括定子底板(20)、固定在所述定子底板(20)顶部的内导磁环(21)和外导磁环(22)、设置在所述内导磁环(21)外侧的内磁体以及设置在所述外导磁环(22)内侧的外磁体；

连接组件(3)，所述连接组件(3)包括贯穿所述定子底板(20)的主轴(31)；

转子组件(1)，所述转子组件(1)固定在所述主轴(31)上，它包括转子底板(11)、固定在所述转子底板(11)底部的安装环(15)以及设置在所述安装环(15)外侧的上磁体，所述上磁体和安装环(15)插设在内磁体和外磁体之间。

2.根据权利要求1所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述内磁体包括固定在所述定子底板(20)顶部的定内下磁瓦(26)、固定在所述定内下磁瓦(26)顶部的内间隔环(23)以及固定在所述内间隔环(23)顶部的定内上磁瓦(25)。

3.根据权利要求2所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述外磁体包括固定在所述定子底板(20)顶部的定外下磁瓦(28)、固定在所述定外下磁瓦(28)顶部的外间隔环(24)以及固定在所述外间隔环(24)顶部的定外上磁瓦(27)。

4.根据权利要求3所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述上磁体包括固定在所述转子底板(11)底部的动上磁瓦(13)、固定在所述动上磁瓦(13)底部的动间隔环(12)以及固定在所述动间隔环(12)底部的动下磁瓦(14)。

5.根据权利要求1所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述连接组件(3)还包括固定在所述主轴(31)外侧壁上的承重法兰(32)以及圆周固定在所述定子底板(20)底部的滚动轴承(33)，所述转子底板(11)与承重法兰(32)相固定，所述滚动轴承(33)侧壁抵设在主轴(31)外侧壁上。

6.根据权利要求4所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述动间隔环(12)、内间隔环(23)和外间隔环(24)的厚度相同，所述转子组件(1)和定子组件(2)之间的气隙厚度小于动间隔环(12)的厚度。

7.根据权利要求4所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述动上磁瓦(13)的充磁方向朝外，所述动下磁瓦(14)的充磁方向朝内，靠近所述转子底板(11)的一圈磁瓦由内到外依次为S-N,另一圈磁瓦为N-S。

8.根据权利要求3所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述定内上磁瓦(25)和定外上磁瓦(27)的充磁方向朝内，所述定内下磁瓦(26)和定外下磁瓦(28)的充磁方向朝外，靠近所述定子底板(20)的一圈磁瓦由内到外依次为S-N-S-N，另一圈磁瓦为N-S-N-S。

9.根据权利要求4所述的一种水轮发电机用磁浮轴承，其特征在于：所述转子底板(11)、定子底板(20)、动间隔环(12)、内间隔环(23)和外间隔环(24)采用不导磁材料，所述内导磁环(21)和外导磁环(22)采用导磁材料。

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