一种中小水电站水轮发电机组永磁刹车制动器的制作方法

本实用新型属于水电站水轮发电机组低速刹车制动技术领域，具体涉及一种中小水电站水轮发电机组永磁刹车制动器。

背景技术：

在水轮发电机组中，机组停机时由于导水叶漏水或机组惯性，往往会较长时间保持低速运转，此时在轴承金属瓦与转轴间不能形成油膜润滑，就有可能造成干摩擦烧坏轴瓦，因此需设置低速刹车制动系统，在机组转速下降到一定程度时投入刹车制动快速停机，以保护轴瓦。目前的低速刹车制动系统采用气刹或油刹，以气刹为例，整套系统包括制动器、空压机室、空压机、储气罐、电磁阀、气水分离器、管道、制动屏，结构复杂，维护量大，成本高。

在水轮发电机组中，机组是在停机状态下进行刹车制动的，即刹车时已无原动力输入，且需要平稳缓慢刹停，相对来说对制动力矩的要求并不高。钕硼砂是一种高性能永久磁性材料，磁力大，利用磁力对机组刹车盘的阻尼作用，必能消耗机组停机时的转动惯性力，最终机组达到刹车的目的，所以，高性能永久磁性材料钕硼砂是可以用于中小水电站水轮发电机组低速平稳刹车制动的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题是：取消水轮发电机组低速刹车气系统或油系统，为中小水电站水轮发电机组提供一种无需气源或油源，无需接触刹车，无振动，体积小，安装维护方便的中小水电站永磁刹车制动器。

为解决上述问题，本实用新型采用下述技术方案：一种中小水电站水轮发电机组永磁刹车制动器，包括：非导磁体、线圈、制动座、永磁体、安装座、自动控制开关、手动控制开关、切换开关、控制盒。其中：非导磁体、线圈、永磁体布置在制动座内部，制动座与安装座焊接固定，切换开关、自动控制开关与手动控制开关布置在控制盒内。

制动器可立式安装，也可卧式安装，安装时工作极面面向水轮发电机组用于刹车的部件侧面，且工作极面面向机组轴向水推力的方向；用于刹车的部件可以是飞轮、刹车片、转子刹车盘、联轴器、主轴等由导磁材料制成的转动部件；由于本实用新型刹车无接触，无振动，因此安装时制动器工作极面与机组刹车部件间的空气间隙可以取小些，根据实际情况定，一般为0.5mm～1mm间，因为空气对磁力线有阻碍作用，所以空气间隙越小，穿过空气间隙用于刹车制动的磁力越大，刹车效果越好。

非导磁材料及空气都是不导磁的，制动器的非导磁体用以在制动座内部隔断磁路；制动座及机组刹车部件采用导磁材料制成，制动座的工作极面中间倒斜角，形成较明显的空气间隙，减少漏磁，形成合理磁路，迫使永磁体的磁力线不能在此处形成通路，而必须要穿过空气间隙到达机组刹车部件。

制动器的制动力靠永磁体提供，永磁体采用高性能永久磁性材料制成，磁能积大，矫顽力强，磁力恒久不衰，永磁体根据每台机组所需制动力的不同来选择。制动器刹车制动时，永磁体的磁力线从N极出来，沿着制动座，穿过制动器工作极面与机组刹车部件间的空气间隙到达刹车部件，再由空气间隙出来经制动座回到永磁体的S极。

由电磁阻尼现象可知，永磁体是固定的，刹车部件是旋转的，当永磁体磁力线作用于由导磁材料制成的刹车部件时，两者产生了相对的运动，永磁体的磁场将产生安培力，形成与旋转刹车部件转动方向相反的力偶矩，即对旋转刹车部件的转动起阻碍作用。水轮发电机组是在已无原动力输入的停机状态下进行刹车制动的，仅靠惯性维持转动，利用永磁体的磁力对机组刹车部件的电磁阻尼作用，必能逐步消耗机组停机时的转动惯性力，最终达到刹车的目的，整个刹车制动过程无摩擦接触，无振动。若制动器退出刹车制动，可使线圈得电产生一个极性与永磁体极性相反的磁场，由于磁力线总是沿最短的路径行走，所以磁场在制动座内部互相抵消，不会到达机组刹车部件进行刹车。

可见，制动器的制动与否是由线圈是否得电来决定的，线圈得失电的控制由控制盒控制，控制盒有3个功能：手动/自动切换功能，通过设置切换开关，只能选择一种控制方式；手动控制功能：设置手动控制开关，可在现场进行手动控制线圈电路的通断，使制动器处于制动或非制动状态；自动控制功能：设置与水电站自动化控制系统的开停机指令联动的开关，实现自动化控制。永磁刹车制动器刹车无接触、无振动，刹车制动力平稳，刹车时不会出现振动、变形等现象，所以在机组停机时可立即投入刹车制动，开机时退出刹车制动，当机组自动化系统下达开机或停机令时，同时控制自动控制开关的开合，控制线圈电路的通断，使制动器处于制动或非制动状态，达到自动控制的目的。

本实用新型制动器的安装数量根据实际刹车制动需要的力矩及制动器本身提供的刹车力矩定。

本实用新型的安装方式可立式安装，也可卧式安装。如立式安装时，可安装于水轮发电机组转子磁轭的刹车盘侧面；卧式安装时，可安装于水轮发电机组飞轮侧面。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一种中小水电站永磁刹车制动器示意主视图；

附图2为本实用新型实施例一种中小水电站永磁刹车制动器示意左视图；

附图3为本实用新型实施例控制盒控制示意图；

附图标注名称：非导磁体1、线圈2、制动座3、永磁体4、转轴5、工作极面6、空气间隙7、机组基础板8、飞轮9、螺栓10、安装座11、自动控制开关12、手动控制开关13、切换开关14、控制盒15。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案、创作特征、达成效果易于明了，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

参看附图1、附图2，一种中小水电站水轮发电机组永磁刹车制动器，包括：非导磁体1、线圈2、制动座3、永磁体4、工作极面6、安装座11、自动控制开关12、手动控制开关13、切换开关14、控制盒15。其中：非导磁体1、线圈2、永磁体4布置在制动座3内部，制动座3与安装座11焊接固定，自动控制开关12、切换开关14与手动控制开关13布置在控制盒15内。

制动器安装方法：用螺栓10将安装座11与水轮发电机组基础板8连接固定；制动器工作极面6面向飞轮9的侧面安装固定，飞轮9与转轴5同轴旋转，制动器工作极面6迎着机组轴向水推力的方向；本实用新型实施例制动器工作极面6与飞轮9侧面间的空气间隙为0.5mm～1mm。

制动器的非导磁体1用于隔断磁路；制动座3及飞轮9采用导磁材料制成，制动座3的工作极面6中间部位倒斜角，以形成较明显的空气间隙，减少漏磁，形成合理磁路。

永磁体4为制动器提供制动力，制动器刹车制动时，永磁体4的磁力线从N极出来，沿着制动座3，穿过空气间隙7到达飞轮9，再由空气间隙7出来经制动座3回到永磁体4的S极。

由电磁阻尼现象可知，本实用新型实施例中，永磁体4是固定的，飞轮9是旋转的，当永磁体4的磁力线作用于飞轮9时，两者产生了相对的运动，永磁体4的磁场将产生安培力，形成与飞轮9转动方向相反的力偶矩，即对飞轮9的转动起阻碍作用。水轮发电机组是在已无原动力输入的停机状态下进行刹车制动的，仅靠惯性维持转动，利用永磁体4的磁力对飞轮9的电磁阻尼作用，必能逐步消耗机组停机时的转动惯性力，最终达到刹车的目的，整个刹车制动过程无摩擦接触，无振动。制动器退出刹车制动时，可使线圈2得电产生一个极性与永磁体4极性相反的磁场，磁场在制动座3内部互相抵消，不会到达飞轮9进行刹车。

参看附图3，制动器的制动与否是由线圈2是否得电来决定的，线圈2是否得电，由控制盒15控制，线圈2的供电电源从水电站直流电系统获得。控制盒15有3个功能：手动/自动切换功能，通过设置切换开关14，手动或自动控制只有一种控制方式的电路接通，实现电路互锁，所以只能选择手动或者自动控制方式；手动控制功能：设置手动控制开关13，拨动开关，接通电路使线圈2断电或得电，控制制动器处于制动或非制动状态，实现在现场进行手动控制；自动控制功能：设置自动控制开关12，开关与水电站自动化控制系统的开停机指令联动，当机组自动化系统下达开机或停机令时，同时控制自动控制开关12闭合或断开，控制线圈2电路的通或断，使制动器处于非制动或制动状态，达到自动控制的目的。

本实用新型实施例制动器的安装方式为卧式安装，制动器安装于水轮发电机组飞轮侧面。

实施效果

本实用新型利用高性能永久磁性材料钕硼砂磁力大且恒久不变的性能制成的中小水电站水轮发电机组永磁刹车制动器，可用于中小水电站卧式水轮发电机组，也可用于立式机组，都能实现正常刹车制动需求。本实用新型结构简单，无接触刹车，无易损件，无刹车气系统或油系统，安装操作方便，免维护。