本发明专利技术涉及小型热力发电机动力机械，具体为一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机。一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机，该高速永磁电机为卧式法兰安装，定子采用梨形槽散绕组结构，在槽口部位留有通风通道；定子铁心采用高频低损耗无取向硅钢片；转子采用无硅钢片的导磁结构钢，永磁体为耐高温的钐钴，采用表贴形式加外部缠绕碳纤维进行固化；轴承采用超精密高速滚动轴承：即固定端和浮动端的两个角接触球轴承面对面方式安装，浮动端轴向通过碟簧预紧；采用嵌入式喷油润滑结构进行轴承润滑与冷却。与冷却。与冷却。
【技术实现步骤摘要】
一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机
[0001]本专利技术涉及小型热力发电机动力机械，具体为一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机。
技术介绍
[0002]微型燃气轮机是一类新近发展起来的小型热力发电机动力机械，其单机功率范围为100～500kW，基本技术特征是采用径流式叶轮机械（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环，以燃料和空气为介质的旋转式热力发动机，叶轮由高温高压的燃气推动做功，驱动发电机产生电能。微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低噪音、低排放、低振动、低维修率等一系列先进技术特征，除了分布式发电外，还可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式。
[0003]微型燃气轮机系统内部，燃气涡轮机、进气压缩机、永磁发电机三个关键部件同轴连接，具有相同的转速。由于进入微型燃气轮机系统的燃料和空气都是精确可控的，当微型燃气轮机成功启动并达到稳定运行状态之后，其输出的电功率是稳定的，并网时运行时对电网不会造成冲击。在正常的运行情况下，微型燃气轮机发电机组所采用的发电机主要为高转速永磁发电机（转速范围10000～60000r/min），输出高频交流电。
[0004]高速永磁电机由于其体积小、可用直接与负载相连、效率高的优点，其在微型燃气轮机领域有着广泛的应用空间。目前，国外高速电机占电机市场的20%，主要应用于高速压缩机、高速鼓风机及高速水泵等领域，且需求呈快速增长趋势。国内主要多集中在样机和理论阶段，只有少数企业尚在开发和试生产，远未形成规模化生产和系列化产品。
[0005]1）现有技术一的技术方案：全封闭水冷高速永磁电机，深沟球轴承支撑或滚子轴承支撑，采用脂润滑和非接触式旋转迷宫密封，防止油脂外逸和杂质进入轴承内部。如图8。
[0006]现有技术一的缺点：深沟球轴承和滚子轴承极限转速低，可用于较低的转速和重载的场合，滚动体旋转DN值（轴承内径D与转速n的乘积），一般不超过50万，而高速电机常要求DN数在100万以上，所以常规的轴承支撑结构一般不能用于高速；轴承内填充的润滑脂在高转速下极有可能从迷宫中飞溅逸出，引发轴承润滑不良，且滚动体高速搅动润滑脂易造成轴承温升超标。
[0007]2）与本专利技术相关的现有技术二现有技术二的技术方案：定、转子铁心采用硅钢片叠压而成，减少涡流损耗，定子铁心嵌放电枢绕组，转子硅钢片开槽安装永磁体，转子结构如图9。
[0008]现有技术二的缺点：此方案结构的永磁体能提供较大的每极磁通，但是当转子表面转速线速度超过100m/s时，硅钢片从隔磁磁桥部位必然发生断裂，转子结构无法满足高转速要求，转子的机械强度限制的电机的功率和体积。
[0009]3）本专利技术相关的现有技术三现有技术三的技术方案：高速电机转子旋转速度高，每分钟可达数万转甚至十几
万转，使得电机转子常常工作在临界转速之上或者在临界转速间来回穿越，跨越临界转速必然要采取减振措施，否则极有可能造成电机振动大而引起定、转子碰擦，采用磁悬浮轴承支撑的高速电机因为磁悬浮技术的精确实时位置调整和较低的支撑刚度，可以实现临界转速的跨越，如图10。
[0010]现有技术三的缺点：磁悬浮轴承造价昂贵，调试周期长，安装尺寸大，而且须同时单独匹配一套控制系统，增加了制造成本。
技术实现思路
[0011]本专利技术要解决如下技术问题：1）普通轴承无法在高速下可靠运行，必须采用高转速（即高DN值）轴承，同时设计匹配的润滑系统；2）高速永磁电机的主要特点是转子转速高，在高转速时常规叠片转子难以承受巨大的离心力，必须采用不同结构才能满足高转速的条件；3）高速电机转子系统接近和跨越临界转速的可能性非常大，为避免弯曲共振必须准确预测转子系统的临界转速并增加减振设计；4）烧结而成的永磁材料，不能承受转子高速旋转产生的拉应力，所以必须对其采取保护措施。
[0012]本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机，该高速永磁电机为卧式法兰安装，定子采用梨形槽散绕组结构，在槽口部位留有通风通道；定子铁心采用高频低损耗无取向硅钢片；转子采用无硅钢片的导磁结构钢，永磁体为耐高温的钐钴，采用表贴形式加外部缠绕碳纤维进行固化；轴承采用超精密高速滚动轴承：即固定端和浮动端的两个角接触球轴承面对面方式安装，浮动端轴向通过碟簧预紧；采用嵌入式喷油润滑结构进行轴承润滑与冷却。
[0013]本专利技术采用角接触球轴承，满足了高转速的要求；嵌入式喷油润滑结构能够有效实现对轴承的润滑与冷却；转子采用无硅钢片的导磁结构钢，可以承受高速旋转带来的巨大离心力；永磁体为耐高温的钐钴，且采用表贴形式加外部缠绕碳纤维进行固化，能够承受转子高速旋转产生的拉应力。
[0014]进一步的，转轴两端均装配弹性支撑和挤压油膜阻尼器减振，弹性支撑和挤压油膜阻尼器为一体结构，弹性支撑安装在固定端端盖以及浮动端端盖的中心孔内，挤压油膜阻尼器位于轴承的圆周外圈作为该轴承的轴承室，其中浮动端的挤压油膜阻尼器与轴承外圈之间为过渡配合；浮动端的碟簧安装在浮动端轴承朝向弹性支撑的一侧并顶紧浮动端轴承；浮动端轴承外圆表面设有O型环；固定端在端盖内侧还安装有轴承盖，轴承盖安装在机座内且轴承盖的中心孔套在固定端的挤压油膜阻尼器外侧。
[0015]采用上述弹性支撑和挤压油膜阻尼器为一体的减震结构，结合碟簧的设计，能够有效降低高速旋转带来的振动。为防止轴承在轴承室中过多的位移和振动，浮动端轴承外圈套装O型环的设计形式，O形环可采用金属橡胶材质，保证一定的弹性系数，使得转子在单边磁拉力和重力的作用下位移在可控范围内。
[0016]进一步的，转轴与轴承盖以及浮动端端盖之间设有蓖齿密封结构，以满足高速永磁电机转速过高，缺乏散热条件的情况。
[0017]由于电机固定端和浮动端结构有所不同，因此在两端分别设计了结构不同的主动喷油式润滑系统：固定端端盖和轴承盖围成一个空腔；轴承盖上开有连接空腔与蓖齿密封结构的第一回油腔；机座上在轴承盖上方设有第一注油孔，轴承盖上与第一注油孔对应的位置开有环形槽，环形槽底部开有连通轴承滚珠位置的油路，油路出口设有喷油嘴；空腔和第一注油孔通过泵连通。
[0018]而在浮动端的挤压油膜阻尼器上设有第二注油孔，该挤压油膜阻尼器内开有与第二注油孔以及浮动端轴承滚珠部位以及连通的油膜腔；浮动端的弹性支撑和挤压油膜阻尼器上设有一个空腔，浮动端的蓖齿密封结构通过第二回油腔与该空腔连通。
[0019]上述主动喷油式润滑系统，油路采用环形槽+注油孔的形式圆周方向布置，内嵌于轴承室和机座中，挤压油膜阻尼器油与轴承润滑油采用同一油泵输入，油路也嵌入轴承室中，不额外增加喷嘴和油管。
[0020]本专利技术技术特点如下：1）电机减振设计：本专利技术采用外加阻尼即增加一体式弹性支撑+挤压油膜阻尼器的方案来减小转子的振动幅值。阻尼器减振技术具有良好的减振性能，且结构简单、可靠性高、成本低。
[0021]2）轴承布置、润滑及密封结构：带有碟簧预本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机，该高速永磁电机为卧式法兰安装，定子采用梨形槽散绕组结构，在槽口部位留有通风通道；其特征在于，定子铁心采用高频低损耗无取向硅钢片；转子采用无硅钢片的导磁结构钢，永磁体为耐高温的钐钴，采用表贴形式加外部缠绕碳纤维进行固化；轴承采用超精密高速滚动轴承：即固定端和浮动端的两个角接触球轴承面对面方式安装，浮动端轴向通过碟簧预紧；采用嵌入式喷油润滑结构进行轴承润滑与冷却。2.如权利要求1所述的一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机，其特征在于，转轴两端均装配弹性支撑和挤压油膜阻尼器减振，弹性支撑和挤压油膜阻尼器为一体结构，弹性支撑安装在固定端端盖以及浮动端端盖的中心孔内，挤压油膜阻尼器位于轴承的圆周外圈作为该轴承的轴承室，其中浮动端的挤压油膜阻尼器与轴承外圈之间为过渡配合；浮动端的碟簧安装在浮动端轴承朝向弹性支撑的一侧并顶紧浮动端轴承；浮动端轴承外圆表面设有O型环；固定端在端盖内侧还安装有轴承盖，轴承盖安装在机座内且轴承盖的中心孔套在固定端的挤压油膜阻尼器外侧。3.如权利要求2所述的一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机，其特征在于，转轴与轴承盖以及浮动端端盖之间设有蓖齿密封结构。4.如权利要求3所述的一种应用于微型燃气轮机的高速永磁电机，其特征在于，固定端端盖和轴承盖围成一个空腔；轴承盖上开有连接空腔与蓖齿密封结构的第一回油腔；机座上在轴承盖上方设有第一注油孔，轴承盖上与第一注油孔对应的位置开有环形槽，环形槽底部开有连通轴承滚珠位置的油路，油路出口设有喷油嘴；空腔和第一注油孔通...
【专利技术属性】
技术研发人员：靳宏杰，程铭，丁涛，于秀丽，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：
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