CN103501100A - 一体式补偿脉冲发电机组 - Google Patents
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Abstract
一体式补偿脉冲发电机组，属于电机和脉冲功率领域。为了解决目前的补偿脉冲发电机组的体积大和可靠性差的问题。它包括机壳、补偿脉冲发电机、电动机和旋转主轴；补偿脉冲发电机的转子和电动机的转子均固定在旋转主轴上，所述补偿脉冲发电机的定子和电动机的定子均固定在机壳的内表面；所述电动机为高速永磁式同步电动机，所述补偿脉冲发电机为空芯式交流补偿脉冲发电机。它适用于小型化与可移动化的电磁发射装置中的补偿脉冲发电机组。
Description
技术领域
本发明涉及一种补偿脉冲发电机组，属于电机和脉冲功率领域。
背景技术
高功率脉冲电源是电磁发射系统中的重要部件，它为电磁发射装置提供发射所需的能量和脉冲功率。补偿脉冲发电机（见Weldon et al.Compensated Pulsed Alternator，U.S.Patent4200831Apr.29，1980）作为一种新型脉冲功率电源，通过旋转发电机系统将惯性能转化为电磁发射系统所需的电能，集储能、转换和调节于一体，具有单元件的综合优势，被视为理想的脉冲功率电源。
小型化与可移动化是电磁轨道炮等新型电磁发射装置的发展方向，这就要求脉冲电源的结构更加紧凑，同时具备更高的能量密度和功率密度。现有的补偿脉冲发电机组采用电动机、联轴器、补偿脉冲发电机三者同轴连接的方式使用（有时还需配备增速器），不仅整个机组轴向长度长、体积大，而且由于结构复杂、同轴度难以保证等原因，导致高速下轴承易损坏、传递损耗大等问题，降低了机组的可靠性与效率。这种矛盾的存在，使得需要对现有的补偿脉冲发电机组，特别是动力传动结构进行优化，使机组结构更加紧凑，并获得更高的可靠性和效率。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的补偿脉冲发电机组的体积大和可靠性差的问题，本发明提供一种一体式补偿脉冲发电机组。
本发明的一体式补偿脉冲发电机组，
它包括机壳、补偿脉冲发电机、电动机和旋转主轴1
补偿脉冲发电机的转子和电动机的转子均固定在旋转主轴上，所述补偿脉冲发电机的定子和电动机的定子均固定在机壳的内表面；
所述电动机为高速永磁式同步电动机，所述补偿脉冲发电机为空芯式交流补偿脉冲发电机。
本发明的有益效果在于，
1.电动机与补偿脉冲发电机共处于一个机座内，共用一根转轴，节约了联轴器，提高了电动机与脉冲发电机的同轴度，并且大大减少机组的轴向长度，轴向长度缩短20%以上，从而提高了电机的可靠性与能量密度。
2.电动机采用高速永磁电动机，具有较高的功率密度，且定子绕组专门采用环形绕组技术，极大的缩短了定子绕组的端部长度，使机组结构更加紧凑。
3.补偿脉冲发电机采用空芯结构，采用强度密度比高的复合材料作为电机的结构受力元件，使发电机能够工作在更高的转速，在同体积、质量下获得更高的惯性储能，提高了机组的能量密度和功率密度。
附图说明
图1为本发明所述的一体式补偿脉冲发电机组的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一体式补偿脉冲发电机组，它包括机壳10、补偿脉冲发电机、电动机和旋转主轴1；
补偿脉冲发电机的转子和电动机的转子7均固定在旋转主轴1上，所述补偿脉冲发电机的定子和电动机的定子5均固定在机壳10的内表面；
所述电动机为高速永磁式同步电动机，所述补偿脉冲发电机为空芯式交流补偿脉冲发电机。
本实施方式采用一体式设计的补偿脉冲发电机组构成脉冲电源系统，电动机通过外部输入的电能拖动补偿脉冲发电机高速旋转，补偿脉冲发电机根据控制触发信号向外部脉冲功率装置放电，将转子储存的动能转换为脉冲功率装置所需的电能。电动机与发电机一体设计同处一个机壳内，可以缩短机组的轴向长度，使脉冲电源更加紧凑、体积更小。
本实施方式所述脉冲发电机组应用于脉冲功率领域，可作为电磁轨道炮等电磁发射装置的脉冲功率电源；它将电动机与发电机集成在一体，具有整机结构紧凑、效率高，能量密度和功率密度大等优势。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一体式补偿脉冲发电机组的进一步限定，
它还包括前端盖3和后端盖5，前端盖3和后端盖5分别固定机壳10的两端，所述前端盖3、后端盖5和机壳10形成相对密闭的空间；
所述旋转主轴1分别通过轴承2与前端盖3和后端盖15固定连接，所述旋转主轴1的一端延伸至后端盖15外侧。
所述电动机与所述补偿脉冲发电机采用同轴设计，节约了联轴器，提高了电动机与脉冲发电机的同轴度，不会因为电动轴与发电机轴不同心而损坏轴承以及带来振动，使脉冲发电机组运行更为可靠，转化效率也更高。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一体式补偿脉冲发电机组的进一步限定，所述空芯式交流补偿脉冲发电机还包括集电环17和电刷16，所述集电环17和电刷16均固定在旋转主轴1上；
所述空芯式交流补偿脉冲发电机的定子包括定子轭11和两相电枢绕组9；定子轭11固定在机壳10内壁上，两相电枢绕组9固定在定子轭11内壁上，
所述空芯式交流补偿脉冲发电机的转子包括转子轭14、同心式励磁绕组13和碳纤维绷带12；转子设置在机壳10内，且与定子同心，转子轭14套接在旋转主轴1的外表面，转子轭14的外表面粘有同心式励磁绕组13，同心式励磁绕组13外表面缠绕有碳纤维绷带12，碳纤维绷带12与两相电枢绕组9之间为均匀的气隙，同心式励磁绕组13的末端通过集电环17与电刷16实现电气连接。
所述补偿脉冲发电机转子为空芯结构，由复合材料缠绕而成，同心式励磁绕组13粘贴在转子轭14的上表面，转子轭14外部缠绕碳纤维绷带12固定励磁绕组13；励磁电流通过后端盖15外的电刷17与集电环16装置引入。
本实施方式所述补偿脉冲发电机采用空芯结构，主要结构受力部件定子轭11和转子轭14由强度密度比高的复合材料制成，电机可以运行在更高的转速，且磁路不受饱和限制，气隙磁密可高达3～6T，从而获得更高的功率密度。采用两相电枢绕组设计，通过对两相电流的脉冲调制与成形，解耦电机转速与脉冲宽度的制约关系，从而获得更高转速与储能。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一体式补偿脉冲发电机组的进一步限定，
所述电动机定子5的主绕组采用环形绕组4；所述电动机的转子7采用2极结构，所述转子7的永磁体6采用环形整体结构且径向充磁。
本实施方式所述电动机采用永磁结构，永磁电动机体积小、功率密度高，可使脉冲发电机组更加小型化。电动机定子采用环形绕组结构，线圈边之间的连接不从端部而是通过定子铁芯轭的外部，相当于将绕组轴向端部长转移到了定子铁芯轭部，使绕组端部长度大大缩短，节约了电机的轴向长度。电动机采用2级结构，这种结构下永磁体可采用环形整体结构，保证高速下转子沿径向各向同性，有利于转子的动态平衡，同时可减小定子绕组电流和铁芯中磁场的交变频率，有利于降低高频附加损耗。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式二所述的一体式补偿脉冲发电机组的进一步限定，它还包括位置传感器8，位置传感器8设置在前端盖3的外侧，所述位置传感器8用于实时监测旋转主轴1的旋转角度。
通过位置传感器8实时监测发电机组转子的位置，以此为依据控制放电触发角，并根据电磁发射装置的需求向负载放电。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三所述的一体式补偿脉冲发电机组的进一步限定，所述两相电枢绕组9的电角度互差90度。
Claims (6)
1.一体式补偿脉冲发电机组，其特征在于，它包括机壳（10）、补偿脉冲发电机、电动机和旋转主轴（1）；
补偿脉冲发电机的转子和电动机的转子（7）均固定在旋转主轴（1）上，所述补偿脉冲发电机的定子和电动机的定子（5）均固定在机壳（10）的内表面；
所述电动机为高速永磁式同步电动机，所述补偿脉冲发电机为空芯式交流补偿脉冲发电机。
2.根据权利要求1所述的一体式补偿脉冲发电机组，其特征在于，它还包括前端盖（3）和后端盖（15），前端盖（3）和后端盖（15）分别固定机壳（10）的两端，所述前端盖（3）、后端盖（15）和机壳（10）形成相对密闭的空间；
所述旋转主轴（1）分别通过轴承（2）与前端盖（3）和后端盖（15）固定连接，所述旋转主轴（1）的一端延伸至后端盖（15）外侧。
3.根据权利要求1或2所述的一体式补偿脉冲发电机组，其特征在于，
所述空芯式交流补偿脉冲发电机还包括集电环（17）和电刷（16），所述集电环（17）和电刷（16）均固定在旋转主轴（1）上；
所述空芯式交流补偿脉冲发电机的定子包括定子轭11和两相电枢绕组（9）；定子轭11固定在机壳（10）内壁上，两相电枢绕组（9）固定在定子轭11内壁上，
所述空芯式交流补偿脉冲发电机的转子包括转子轭（14）、同心式励磁绕组（13）和碳纤维绷带（12）；转子设置在机壳（10）内，且与定子同心，转子轭（14）套接在旋转主轴（1）的外表面，转子轭（14）的外表面粘有同心式励磁绕组（13），同心式励磁绕组（13）外表面缠绕有碳纤维绷带（12），碳纤维绷带（12）与两相电枢绕组（9）之间为均匀的气隙，同心式励磁绕组（13）的末端通过集电环（17）与电刷（16）实现电气连接。
4.根据权利要求3所述的一体式补偿脉冲发电机组，其特征在于：
所述电动机的定子（5）的主绕组采用环形绕组（4）；
所述电动机的转子（7）采用2极结构，所述转子（7）的永磁体（6）采用环形整体结构且径向充磁。
5.根据权利要求2所述的一体式补偿脉冲发电机组，其特征在于：它还包括位置传感器（8），位置传感器（8）设置在前端盖（3）的外侧，所述位置传感器（8）用于实时监测旋转主轴（1）的旋转角度。
6.根据权利要求3所述的一体式补偿脉冲发电机组，其特征在于，所述两相电枢绕组（9）的电角度互差90度。
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