CN110224514B - 一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，包括：定子、转子和转轴；定子包括定子铁芯与定子绕组；定子铁芯为无槽盘状结构，其径向缠绕定子绕组；定子绕组为环形绕组；转子包括补偿盘、永磁体、保护盘、转子铁芯和转轴；补偿盘与定子铁芯间形成气隙；发电机有两种运行方式，其一为电动运行，通过变频器向定子绕组内通入电流拖动电机运行；其二为脉冲放电运行，将定子绕组与负载相连，电机向负载放出瞬时大电流。本发明提供的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机实现了原动机与脉冲初始电源的集成，且具有轴向长度短、重量小的特点，可以作为脉冲发电机电源系统的原动机和初始电源使用。

Description

一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机
技术领域
本发明属于轴向磁通电机领域，更具体地，涉及一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机。
背景技术
脉冲发电机是一种特殊的脉冲功率电源，在脉冲领域有着极为重要的作用。
UT-CEM在1978年发明的补偿脉冲发电机(CPA)属于一种脉冲发电机，其采用了特殊的补偿结构，实现了电机放电时的磁通压缩，以减小电枢瞬态电感，从而向小负载提供大功率和高幅值的脉冲电流，利用了电磁感应和磁通压缩两种原理联合工作，把惯性储能、机电能量转换和脉冲成型三者融为一体。相比于其它的脉冲功率电源而言，CPA的储能密度高、功率密度高、适合重复窄脉冲放电，且具有单元件的优势。CPA经历了许多代发展，逐渐演变成了空芯、多相、自激与转枢式的结构。通常其工作步骤如下：首先将CPA用原动机拖动至额定转速；再使用电容器向CPA励磁绕组通入种子电流，种子电流产生的微弱磁场在电枢绕组上感应出电压与电流，然后通过整流器与电刷滑环导回励磁绕组；以此往复，励磁与电枢绕组内电压电流逐渐升高至预设值；最后令电枢绕组向负载突然放电，励磁绕组通过二极管续流。上述过程的能量均来自于转子内存储的动能，因此电机转速逐渐下降。
然而，由CPA工作步骤可见其仍需要外部的原动机拖动运行，以及电容器作为初始电源供给种子电流，这大大增加了系统的体积、重量以及复杂程度，有悖于CPA所具有的单元件优势。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，旨在解决现有的补偿脉冲发电机因工作时需外部的原动机拖动和电容器作为初始电源，两者分离使用导致系统体积和重量较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，包括：定子和转子；
定子包括定子铁芯与定子绕组；定子铁芯为无槽盘状结构，其径向缠绕定子绕组；定子绕组为环形绕组，在定子铁芯的圆周上均匀分布；
转子包括补偿盘、永磁体、转子铁芯和转轴；永磁体介于补偿盘和转子铁芯之间，补偿盘与定子铁芯间形成气隙，转子铁芯位于补偿盘的远离气隙侧；
转轴表面与补偿盘和转子铁芯内表面相连。
优选地，转子还包括保护盘，用于固定永磁体；
优选地，永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机还包括：机壳、端盖和轴承；机壳和端盖通过轴承与转轴连接；端盖与定子铁芯的远离气隙侧连接；机壳位于端盖的上方；机壳和端盖构成空腔，空腔内设置转子和定子。
优选地，补偿盘与转子铁芯均为盘状结构；
优选地，永磁体为扇形结构，轴向充磁，NS极交替嵌于保护盘内，产生轴向交替磁场；
优选地，定子铁芯外表面设置有散热筋，用于定子绕组的散热；
优选地，定子绕组与永磁体极对数相同，均为p，p为任一正整数；定子绕组的相数为m，m为任一大于1的正整数；定子绕组环个数为n，n＝2pm；
优选地，补偿盘为金属材料，其与永磁体和保护盘贴合，介于定子绕组与永磁体之间，用于压缩放电时的气隙磁通；
优选地，定子铁芯为硅钢带环形卷绕而成；
优选地，保护盘为高强度材料制成，例如不锈钢、铝合金，用于防止旋转时永磁体的甩出；
优选地，转子铁芯为高磁导率材料制成，例如45号钢，用于形成磁路的一部分；
优选地，定子铁芯与定子绕组采用环氧整体浇筑。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、本发明在转子靠气隙侧加入补偿盘，能够压缩在放电时的突变磁通，减小了电枢绕组电抗，从而可提高放电电流；定子采用无槽铁芯与无槽绕组，因此其气隙磁场无齿槽谐波不会在补偿盘内产生涡流损耗导致补偿盘温度过高威胁永磁体安全，适用于电动及空载运行，因此，本发明电机可两种方式运行，其一为电动运行，通过变频器向定子绕组内注入电流拖动电机运行，其二为脉冲放电运行，将定子绕组与负载相连，电机向负载放出瞬时大电流，与传统的补偿脉冲发电机相比，本发明提供的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机实现了原动机与脉冲初始电源的集成，且具有轴向长度短、重量小的特点，可以作为脉冲发电机电源系统的原动机和初始电源使用。
2、本发明的无槽绕组采用环形绕组，不需要齿部支撑，具有易绕制，易定位，且几乎没有端部，减小了电机尺寸，并增加了电机内的可用空间；并且电机整体为盘式结构，具有轴向长度短，体积小的优点，适合于集成于CPA内。
3、本发明采用永磁体励磁，永磁体位于转子上，无需电刷与滑环；同时环形绕组与机壳贴合，有利于绕组散热；补偿盘能屏蔽部分磁场，防止放电时永磁体发生退磁；整体而言，本发明电机具有较高的可靠性与安全性。
附图说明
图1是本发明提供的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机的结构示意图；
图2是本发明提供的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机的定子结构示意图；
图3是本发明提供的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机的线圈连接图；
图4是本发明提供的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机的转子结构示意图；
标记说明：
1-定子铁芯；2-定子绕组；3-补偿盘；4-永磁体；5-保护盘；6-转子铁芯；7-机壳；8-端盖；9-转轴；10-轴承。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1是本发明提供的一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，包括：定子、转子、机壳7、端盖8、轴承10；
如图2所示，定子包括定子铁芯1与定子绕组2；定子铁芯1为无槽盘状结构，其径向缠绕定子绕组2；由硅钢带卷绕而成；定子绕组2为环形绕组，在定子铁芯1的圆周上均匀分布；工作时只有气隙一侧的直线段参与切割磁力线；该环形绕组具有易绕制、易成型和易定位的特点；当定子绕组的极对数p为2，相数m为3时，定子绕组环个数为12；定子铁芯1上在两个定子绕组线圈间开有螺孔，以便使用螺丝与端盖8进行固定。如图3 所示，定子绕组2采用星型连接方式；定子铁芯1与定子绕组2采用环氧整体浇筑；
如图4所示，转子包括补偿盘3、保护盘5、永磁体4、转子铁芯6和转轴9；永磁体4介于补偿盘3和转子铁芯6之间，补偿盘3与定子铁芯2 间形成气隙，转子铁芯6位于补偿盘3的远离气隙侧；永磁体4为扇形柱状，均匀嵌于开有相同孔洞的保护盘5内，轴向充磁，NS极交替嵌于保护盘内，产生轴向交替磁场；保护盘5为圆盘状结构，采用高强度的材料制成，例如不锈钢和铝合金，保证电机运行时永磁体4不被甩出；永磁体4 轴向充磁，其产生的磁力线通过补偿盘3和气隙到达定子铁芯1，再通过气隙、补偿盘3、保护盘5和转子铁芯6回到永磁体4形成闭合；补偿盘3为圆盘状结构，由高电导率材料制成，例如铝，其与永磁体4和保护盘5贴合，介于定子绕组2与永磁体4之间，用于压缩放电时的气隙磁通；
需指出，定子绕组2与永磁体4极对数相同，均为p，p为任一正整数；定子绕组2的相数为m，m为任一大于1的正整数；定子绕组环个数为n， n＝2pm；
转轴9表面与补偿盘3和转子铁芯6内表面相连；机壳7和端盖8通过轴承10与转轴9连接；端盖8与定子铁芯1的远离气隙侧连接；机壳7 位于端盖8的上方；机壳7和端盖8构成空腔，空腔内设置转子和定子；
优选地，定子铁芯1外表面设置有散热筋，用于定子绕组2的散热；
当电机定子绕组2内通入电流，电机作为电动机工作，此时定子绕组2 产生的磁场与永磁体4产生的励磁磁场相作用，拖动电机运行；由于永磁体与补偿盘同步旋转，主磁通不切割补偿盘，因此补偿盘无涡流损耗。当电机空转时，由于定子铁芯无齿槽，因此永磁体产生的磁场内无齿槽谐波，补偿盘也无涡流损耗；当电机运行在一定速度时，将定子绕组接入负载，定子绕组突然放电。此时定子绕组放电电流产生的磁场在补偿盘上产生涡流，抑制气隙内磁通变化，将磁通压缩在气隙内，定子绕组瞬态电感减小，放电电流增大。
综上可见，相比于普通永磁轴向磁通电机，永磁轴向磁通补偿电机加入了补偿盘，大大增加了放电电流，同时也屏蔽了放电磁场对永磁体的退磁影响，因此适合于脉冲放电。又因为加入了补偿盘，所以定子铁芯采用了无槽结构，消除了气隙内的齿槽谐波，当电机工作于电动机或空载运行时，不会在补偿盘内产生涡流损耗，使补偿盘温度升高，从而威胁永磁体的安全。由于定子无槽，普通的分布绕组难以绕制成型和定位。因此本发明采用了环形绕组，这种绕组易绕制，易成型，易定位，且无多余的端部，适用于此种定子无槽的情况。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，其特征在于，包括：定子和转子；
所述定子包括定子铁芯（1）与定子绕组（2）；所述定子铁芯（1）为无槽盘状结构，其径向缠绕定子绕组（2）；所述定子绕组（2）为环形绕组，在定子铁芯（1）的圆周上均匀分布；
所述转子包括补偿盘（3）、永磁体（4）、转子铁芯（6）和转轴（9）；所述永磁体（4）介于补偿盘（3）和转子铁芯（6）之间，所述补偿盘（3）与定子铁芯（1）间形成气隙，所述转子铁芯（6）位于补偿盘的远离气隙侧；所述转子还包括保护盘（5），用于固定永磁体（4）；
所述转轴（9）表面与补偿盘（3）和转子铁芯（6）内表面相连；
所述定子绕组（2）与永磁体（4）极对数相同，均为p，p为任一正整数；定子绕组（2）的相数为m，m为任一大于1的正整数；定子绕组（2）环个数为n，n=2pm；
所述电机还包括：机壳（7）、端盖（8）和轴承（10）；
所述机壳（7）和端盖（8）通过轴承（10）与转轴（9）连接；端盖（8）与定子铁芯（1）的远离气隙侧连接；机壳（7）和端盖（8）构成空腔，空腔内设置转子和定子；
所述补偿盘（3）与转子铁芯（6）均为盘状结构；永磁体（4）为扇形结构，轴向充磁，NS极交替嵌于保护盘（5）内，产生轴向交替磁场；
当所述定子绕组（2）内通入电流，电机作为电动机工作，且产生的磁场与永磁体（4）产生的励磁磁场相互作用；当电机空转时，永磁体（4）产生的磁场内无齿槽谐波，补偿盘（3）也无涡流损耗；当电机运行在一定速度时，将定子绕组（2）接入负载，使定子绕组（2）放电并产生突变磁场，从而在补偿盘上产生涡流，抑制气隙内磁通变化。
2.如权利要求1所述的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，其特征在于，所述定子铁芯（1）外表面设置有散热筋，用于定子绕组（2）的散热。
3.如权利要求1所述的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，其特征在于，所述定子铁芯（1）为硅钢带环形卷绕而成。
4.根据权利要求1至3任一所述的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机，其特征在于，所述定子铁芯（1）与定子绕组（2）采用环氧整体浇筑。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110601482B (zh) * 2019-09-20 2022-06-28 哈尔滨工业大学 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统
CN110971069B (zh) * 2019-12-18 2020-07-24 哈尔滨工业大学 一种盘式拖动与发电一体式脉冲电源系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5334899A (en) * 1991-09-30 1994-08-02 Dymytro Skybyk Polyphase brushless DC and AC synchronous machines
US5886451A (en) * 1997-10-30 1999-03-23 Ford Motor Company Wire routing design for a rotor of an electrical machine
CN106505765A (zh) * 2016-11-26 2017-03-15 华中科技大学 一种永磁轴向磁通的半空心脉冲发电机

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE513349T1 (de) * 2007-12-20 2011-07-15 Sycotec Gmbh & Co Kg Elektromotor mit medienleitung durch den stator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5334899A (en) * 1991-09-30 1994-08-02 Dymytro Skybyk Polyphase brushless DC and AC synchronous machines
US5886451A (en) * 1997-10-30 1999-03-23 Ford Motor Company Wire routing design for a rotor of an electrical machine
CN106505765A (zh) * 2016-11-26 2017-03-15 华中科技大学 一种永磁轴向磁通的半空心脉冲发电机

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