专利名称：一种用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光电互感器供能的微型磁悬浮气动发电装置。
背景技术：
以光电电流互感器为代表的新型电流互感器由于采用光纤将高压侧的信 号处理单元与低压侧的二次处理系统隔离，因此可靠性好、测量精度高。但 光电电流互感器高压侧的供电电源的稳定性对于整个互感器的可靠运行起着 至关重要的作用，选择合适的供电方式是关系到整个互感器测量系统精确度 的重要问题。
目前常见的供能方式主要有母线电流取能供电、电容电流取能供电、 激光供电、太阳能供电、气动供电等，其中，气动供电不失为一种新颖而可
靠的供电方式。申请人在申请号为200810150003.8、名称为"一种用于电流 互感器的气动供能装置"的发明专利中提出了一种采用空气动力装置配合风 电转换装置的光电互感器的供能装置。在这种供能方式中，其中风电转换装 置采用的是常见的微型发电机。但现有的发电机不管是直流还是交流型的， 都存在机械轴承所造成的摩擦以及较大的功率损耗，使得电机系统积聚较多 的热量不易散出，从而造成电机温升，影响电机长期运行的可靠性；另一方 面由于不便于微气流启动，对输入能量有较高的参数要求，无疑增加了系统 运行的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光电互感器供能的微型磁悬浮气动发电 机，可解决背景技术的光电互感器气动供能方式中现有发电机所存在的上述 缺陷。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的
一种用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，包括叶轮、机壳内壁的 定子及绕组，定子中设置有转子，转子中沿轴向槽绕有励磁绕组，励磁绕组 通过输入线连接直流电源，定子绕组通过输出线输出单相交流电；其特征在 于，所述转子与一个主轴同轴，该主轴上还固联有一个同轴磁悬浮转子，相 对该磁悬浮转子的机壳内壁设置有磁悬浮定子，磁悬浮定子的轴向长度大于 磁悬浮转子的轴向长度，磁悬浮转子与磁悬浮定子构成主轴的磁悬浮轴承； 主轴下端与一个固定于机壳底部中心的轴承平台连接；主轴上端连接叶轮， 机壳底部侧壁开有排气孔，机壳上端通过径向进气口输入稳定气流作为动能 推动叶轮使转子旋转发电。
上述方案中，所述直流电源为一个自取发电机输出端供电的装置，该装 置包括一个可充电的蓄电池，其输入通过一个隔离变压器连接定子绕组输出 线；蓄电池输出连接转子励磁绕组输入线。所述转子为隐极式单对磁极结构, 磁极弧长为转子周长的1/4—1/3。所述轴承平台为关节轴承。所述主轴由硬 质韧性合金钢制成中空结构；主轴上端连接叶轮处设有有包型主轴端盖。
本发明相比现有传统微型发电机具有以下优点①所述主轴采用永磁悬 浮技术，减小了定转子之间的摩擦，提高了系统运行的可靠性和长期性，便 于微气流启动。②轴承平台采用关节轴承，增加了主轴运转的灵活性，又能 与永磁悬浮轴承配合约束主轴在轴向和径向自由度发生位移。③发电气流一方面提供系统输入能量，另一方面作为系统散热介质，提高了系统工作的可 靠性，使能源得到了充分利用。④发电机采用单相隐极式同步发电机，转子 励磁绕组由外部蓄电池供电，所述蓄电池不用额外充电，在发电装置运行过 程中自取定子绕组输出完成充电行为，使装置利用效率达到最高。
与现有光电互感器高压侧其它供能方法相比，本发明与高压母线完全隔
离，无需从互感器系统中取电，避免了对系统可靠运行的干扰；采用永磁悬 浮机构的发电装置工作可靠、性能良好；采用流体气动技术发电无污染、效 率高，能够促进环境保护。总之采用这种装置可以解决光电互感器在测量高 压线路时没有可靠安全的高压侧电源问题，制作简单，便于推广使用。
-
图l为本发明磁悬浮气动发电机的剖面结构图。图中1、主轴；2、永 磁悬浮转子；3、永磁悬浮定子；4、电机转子；5、电机定子；6、机壳；7、 主轴端盖；8、叶轮；9、排气孔；10、机壳底部；11、关节轴承；12、定子 交流电输出线；13、转子励磁绕组输入线。
图2为本发明自取发电机给转子励磁绕组供电的蓄电池装置结构框图。
具体实施例方式
以下结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。 如图1所示， 一种用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，呈立式结 构，主要由主轴l、永磁悬浮转子2、永磁悬浮定子3、电机转子4及其定子 5、叶轮8、关节轴承11等构成主体结构。主轴1上端连接叶轮8处有包型 主轴端盖7优化端部流体输入，在机壳6底部侧壁设有气流排气孔9;同步发电机采用直流励磁、交流输出，因而电机转子4磁极上绕有直流线圈，由 励磁绕组输入线13提供直流电，定子5上接出了单相交流输出线12;整个 发电机由机壳6和机壳底部10围成，可以采用铜制材料铸造。
为了增加抗旋转扭矩力，本发明中应采用硬质韧性合金钢作为主轴1, 其质量设计原则一方面应能承受所附永磁悬浮转子2和电机转子4的质量， 另一方面要能达到设计的最佳转速，所以最好制成中空结构；磁悬浮转子2 和磁悬浮定子3采用高导磁永磁材料，要有足够的应力，按照图中模型做成 中空圆柱体，分别与主轴1和机壳6壳紧密配合，要注意的是磁悬浮定子3 的轴向长度应大于磁悬浮转子2的轴向长度，这主要是为了防止主轴1在旋 转过程中受干扰发生上行位移；由于主轴1串通于磁悬浮转子2希电机转子 4中，因而电机不能采用普通同步发电机，而要单独制造，考虑效率和稳定 问题，转子4采用隐极式单对极结构，沿轴向槽绕有激磁线圈，磁极弧长应 占到转子周长的1/4一1/3，转子4内径不宜过大，以与主轴1紧密配合为准； 电机定子5采用单相线结构，安装在机壳6内壁，两个转子安装后应分别在 各自的上下两端加装紧固螺帽；转子4底端采用关节轴承11与机壳底部10 中心相接，关节轴承选用耐磨抗压抗旋转的合金钢轴承；叶轮8大小应根据 转子转速和进气量选择， 一般采用轻质钢材；排气孔9的孔径应该与进气管 道的直径大小一样，有利于散热，并加速转子旋转。整个发电机制作方法简 单，可以在传统结构上改进，便于旧装置改造升级。
本发明的工作原理是采用稳定气流作为输入能量，叶轮受气流作用带动 主轴旋转，进一步带动微型同步发电机转子旋转发电，产生单相交流电，经 过整流滤波供给光电互感器高压侧运行需要。
稳定气流可采用压縮空气输入，在美国TESC0M公司电子控制阀ER3000的PC级可控输入调节下获得稳定的气流。压力调节阀高度精确，产品的压力 范围从真空至20000PSIG，额定流量为0=0.02至45，对于本发明的气流输
入参数需求绰绰有余。
权利要求
1、一种用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，包括叶轮、机壳内壁的定子及绕组，定子中设置有转子，转子中沿轴向槽绕有励磁绕组，励磁绕组通过输入线连接直流电源，定子绕组通过输出线输出单相交流电；其特征在于，所述转子与一个主轴同轴，该主轴上还固联有一个同轴磁悬浮转子，相对该磁悬浮转子的机壳内壁设置有磁悬浮定子，磁悬浮定子的轴向长度大于磁悬浮转子的轴向长度，磁悬浮转子与磁悬浮定子构成主轴的磁悬浮轴承；主轴下端与一个固定于机壳底部中心的轴承平台连接；主轴上端连接叶轮，机壳底部侧壁开有排气孔，机壳上端通过径向进气口输入稳定气流作为动能推动叶轮使转子旋转发电。
2、 根据权利要求1所述的用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，其 特征在于，所述直流电源为一个自取发电能充电的蓄电池装置，该装置包括 一个可充电的蓄电池，其输入通过一个隔离变压器连接定子绕组输出线；蓄 电池的输出连接转子励磁绕组输入线。
3、 根据权利要求1所述的用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，其 特征在于，所述转子为隐极式单对磁极结构，磁极弧长为转子周长的1/4一 1/3。
4、 根据权利要求1所述的用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，其 特征在于，所述轴承平台为关节轴承。
5、 根据权利要求1所述的用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，其 特征在于，所述主轴由硬质韧性合金钢制成中空结构。
6、 根据权利要求5所述的用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，其 特征在于，所述主轴上端连接叶轮处设有有包型主轴端盖。
全文摘要
本发明公开了一种用于光电互感器供能的磁悬浮气动发电机，包括叶轮、机壳内壁的定子及绕组，定子中设置有转子，转子中沿轴向槽绕有励磁绕组，励磁绕组通过输入线连接直流电源，定子绕组通过输出线输出单相交流电；其特征在于，所述转子与一个主轴同轴，该主轴上还固联有一个同轴磁悬浮转子，相对该磁悬浮转子的机壳内壁设置有磁悬浮定子，磁悬浮定子的轴向长度大于磁悬浮转子的轴向长度，磁悬浮转子与磁悬浮定子构成主轴的磁悬浮轴承；主轴下端与一个固定于机壳底部中心的轴承平台连接；主轴上端连接叶轮，机壳底部侧壁开有排气孔，机壳上端通过径向进气口输入稳定气流作为动能推动叶轮使转子旋转发电。
文档编号F03D9/00GK101304199SQ200810150028
公开日2008年11月12日 申请日期2008年6月11日 优先权日2008年6月11日
发明者王焕然, 薛永军, 超 马 申请人:西安交通大学