CN110601482A - 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统 - Google Patents

轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110601482A
CN110601482A CN201910894361.8A CN201910894361A CN110601482A CN 110601482 A CN110601482 A CN 110601482A CN 201910894361 A CN201910894361 A CN 201910894361A CN 110601482 A CN110601482 A CN 110601482A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
axial
multiphase
permanent magnet
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910894361.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110601482B (zh
Inventor
寇宝泉
张浩泉
张艳清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201910894361.8A priority Critical patent/CN110601482B/zh
Publication of CN110601482A publication Critical patent/CN110601482A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110601482B publication Critical patent/CN110601482B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2793—Rotors axially facing stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/046—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/04—Machines with one rotor and two stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12—Transversal flux machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，属于电机和电力电子技术领域，为了解决现有飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大、可靠性低的问题。输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，其输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联。本发明的控制简单、效率高、电压调整率小、过载能力强、可靠性高。

Description

轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统
技术领域
本发明涉及轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，属于电机和电力电子技术领域。
背景技术
飞轮脉冲发电机是利用轴系的大惯量存储能量、同轴电动/发电机实现机电能量转换的一种飞轮储能装置。目前投入应用或正在开发的飞轮储能装置有两种类型：第一种是储能与释能功率等级相当，可用一台电机交替实现电动和发电功能，中小容量的磁悬浮飞轮储能系统为这一类型，具有结构紧凑、效率高等特点，一般用作飞轮电池；第二种是储能功率比释能功率小一个数量级以上，由两台电机分别实现电动和发电功能，大容量交流脉冲发电机组为这一类型，以小功率、长时间存储能量，大功率、短时间释放能量，一般用作大容量脉冲电源，可应用于受控核聚变试验、核爆炸模拟、强流粒子束加速器、高功率脉冲激光器、高功率微波、等离子体和电磁发射技术等领域。
常用飞轮脉冲发电机系统的结构如图1所示。系统的基本工作原理为：当系统充电时，由外部电网给系统提供能量，经由电力电子器件构成的功率变换器控制并驱动电机，带动飞轮高速旋转，达到并保持在恒定高速运行，以动能的方式储存所需能量，完成从电能到机械能的转换和能量存储。当脉冲负载需要供电时，将高速旋转运行的飞轮当成原动机带动电机发电运行，经过电力电子变换器输出适合脉冲负载的电压与电流，完成能量转换过程。
现有的脉冲发电机组通常采用“电动机—飞轮—发电机”的结构形式。驱动电动机通常采用三相感应电动机，而脉冲发动机通常采用多相隐极同步发电机，电动机与发电机同轴旋转，惯性飞轮安装在发电机转轴上。飞轮和发电机采用刚性联轴器联接，电动机和飞轮采用柔性联接，机组有多个轴承来支撑转子。
但是，该飞轮脉冲发电机组存在如下缺点：整个机组的轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大；脉冲发电机的转子上有励磁绕组，采用多级旋转整流器励磁，系统的可靠性低、成本高，不适合用于移动平台中。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大、可靠性低的问题，从而提供轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统。
本发明的第一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心14和两套多相电枢绕组15，两套多相电枢绕组15分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组15均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板11、永磁体12和导磁体13；转子基板11为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板11上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组，P为电机的极对数，每个轴向通孔组的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，每个通孔中均嵌放一块永磁体12；永磁体12沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体12的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体12的充磁方向相反；每个通孔组的径向外侧和/或径向内侧，开有嵌放导磁体13的轴向通孔，该轴向通孔中嵌放导磁体13；每条转子磁极中心线处导磁体13的径向厚度大于转子磁极极间处导磁体13的径向厚度。
本发明的第二种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板、永磁体和导磁体；转子基板为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组，P为电机的极对数，每个轴向通孔组的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，每个通孔中均嵌放一块永磁体和导磁体；永磁体沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体的充磁方向相反；导磁体位于永磁体的径向两侧、永磁体的周向两侧或永磁体的四周。
本发明的第三种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板和永磁体；转子基板为圆环形，由实心磁性材料构成，转子基板上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组，P为电机的极对数，每个轴向通孔组的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，每个通孔中均嵌放一块永磁体；永磁体沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体的充磁方向相反；永磁体的厚度不等，使得每条转子磁极中心线位置处的气隙长度小于转子相邻两磁极中心线中间位置处的气隙长度。
本发明的第四种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心24和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组25和输出功率绕组26；
输出功率绕组26嵌放在定子铁心24径向外圆周侧槽中，输入功率绕组25嵌放在定子铁心24径向内圆周侧槽中；或，输出功率绕组26固定在定子铁心24径向外圆周侧气隙面上，输入功率绕组25固定在定子铁心24径向内圆周侧气隙面上；
转子包括转子基板21、永磁体22和导磁体23；转子基板21为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板21上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组一，P为电机的极对数，每个轴向通孔组一的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，通孔一中嵌放永磁体22；永磁体22沿轴向充磁，每个通孔组一中永磁体22的充磁方向相同，相邻通孔组一中永磁体22的充磁方向相反；每个通孔组一的径向外侧，开有嵌放导磁体23的轴向通孔，该轴向通孔中嵌放导磁体23；每条转子磁极中心线处导磁体23的径向厚度大于转子磁极极间处导磁体23的径向厚度；转子基板21上靠近内圆周侧开2P个轴向通孔组二，每个轴向通孔组二的2j+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，j为正整数；通孔二中嵌放永磁体22，永磁体22沿轴向充磁，每个通孔组二中永磁体22的充磁方向相同，相邻通孔组二中永磁体22的充磁方向相反；转子基板21上靠近外圆周侧永磁体磁极与输出功率绕组26相对应，转子基板21上靠近内圆周侧永磁体磁极与输入功率绕组25相对应。
根据本发明的第一、第二或第三种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，输入功率绕组和输出功率绕组沿轴向重叠，或，输入功率绕组和输出功率绕组沿定子铁心的圆周方向非重叠分布。
根据本发明的任意一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，两个定子上的输出功率绕组分别与输出整流器相连，或，两个定子上的输出功率绕组的对应相串联后再与输出整流器相连。
根据本发明的任意一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，转子磁极中心线位置处永磁体的剩磁或矫顽力最高，由转子磁极中心线向两侧永磁体的剩磁或矫顽力逐渐递减；位于转子磁极中心线位置处永磁体磁化方向的厚度最大，由转子磁极中心线向两侧永磁体磁化方向的厚度逐渐递减；转子磁极中心线位置处永磁体的圆周方向宽度最大，由转子磁极中心线向两侧永磁体的圆周方向宽度逐渐递减。
根据本发明的任意一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，两个定子上的输出功率绕组的对应相轴线之间沿圆周方向相差30°电角度。
根据本发明的任意一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，励磁电流调节单元包括控制器、多相电容器组和多相可控饱和电抗器组；
多相电容器组中的每一相电容器一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应相连，多相电容器组和多相可控饱和电抗器组并联，多相可控饱和电抗器组的直流绕组与控制器相连，多相可控饱和电抗器组的交流绕组星型连接。
根据本发明的任意一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，励磁电流调节单元包括多相电容器组和多相开关电抗器组；
多相电容器组中每一相电容器的一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应相连；多相开关电抗器组包括多相电抗器组和多相交流短路开关，多相电抗器组与多相电容器组相并联，多相电抗器组中每相电抗器的一端连接在一起，每相电抗器由两个电抗器串联而成，多相交流短路开关每一相的一端连接在一起，另一交流端分别对应连接在每相电抗器的两个电抗器之间。
根据本发明的任意一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，励磁电流调节单元包括多相主电容器组、多相开关电容器组和多相开关电抗器组；
多相主电容器组中每一相电容器的一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应连接；多相开关电容器组与多相电容器组并联，多相开关电容器组的每一相由电容器和交流短路开关组成，所有交流短路开关的一端连接在一起；多相开关电抗器组包括多相电抗器组和多相交流短路开关组，多相电抗器组与多相开关电容器组并联，多相电抗器组中每相电抗器的一端连接在一起，每相电抗器由两个电抗器串联而成，多相交流短路开关组中每一相的交流短路开关一端连接在一起，另一交流端分别对应连接在每相电抗器的两个电抗器之间。
本发明的有益效果：本发明的发电机采用永磁体励磁，采用励磁电流调节单元进行气隙磁场控制，保证发电机在负载及转速变化状态下输出电压保持恒定。转子铁心采用实心结构，结构简单、强度高，电机的轴向尺寸小、重量轻，适合高速运行；本发明将飞轮与转子合二为一，机组轴系短、功率密度和能量密度高；转子上没有电刷和滑环，系统结构简单、可靠性高，成本低，维护方便；通过控制励磁电流调节单元输出无功电流的大小即可实现系统的输出电压调节，控制容易，励磁功率小，发电机系统过载能力强，具有较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
本发明具有控制简单、效率高、电压调整率小、过载能力强和可靠性高等特点，可用作大容量脉冲电源，在核聚变试验技术、等离子体和电磁发射技术等领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1是现有飞轮脉冲发电机系统的结构框图；
图2是具体实施方式一所述的轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统的结构示意图；
图3是具体实施方式一中的定子的结构示意图；
图4是具体实施方式一中的转子的结构示意图；
图5是具体实施方式二所述的轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统的结构示意图；
图6是具体实施方式二中的定子的结构示意图；
图7是具体实施方式二中的转子的结构示意图；
图8是具体实施方式三中的励磁电流调节单元的电路原理图；
图9是具体实施方式四中的励磁电流调节单元的电路原理图；
图10是具体实施方式五中的励磁电流调节单元的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、结合图2至图4具体说明本实施方式，本实施方式的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心14和两套多相电枢绕组15，两套多相电枢绕组15分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组15均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板11、永磁体12和导磁体13；转子基板11为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板11上靠近外圆周侧开6个轴向通孔组，每个轴向通孔组的3个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，每个通孔中均嵌放一块永磁体12；永磁体12沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体12的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体12的充磁方向相反；每个通孔组的径向外侧和径向内侧，开有嵌放导磁体13的轴向通孔，该轴向通孔中嵌放导磁体13；每条转子磁极中心线处导磁体13的径向厚度大于转子磁极极间处导磁体13的径向厚度。
具体实施方式二、结合图5至图7具体说明本实施方式，本实施方式的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心24和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组25和输出功率绕组26；
输出功率绕组26固定在定子铁心24径向外圆周侧气隙面上，输入功率绕组25固定在定子铁心24径向内圆周侧气隙面上；
转子包括转子基板21、永磁体22和导磁体23；转子基板21为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板21上靠近外圆周侧开6个轴向通孔组一，每个轴向通孔组一的3个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，通孔一中嵌放永磁体22；永磁体22沿轴向充磁，每个通孔组一中永磁体22的充磁方向相同，相邻通孔组一中永磁体22的充磁方向相反；每个通孔组一的径向外侧，开有嵌放导磁体23的轴向通孔，该轴向通孔中嵌放导磁体23；每条转子磁极中心线处导磁体23的径向厚度大于转子磁极极间处导磁体23的径向厚度；转子基板21上靠近内圆周侧开6个轴向通孔组二，，每个轴向通孔组二的3个轴向通孔沿圆周方向均匀排列；通孔二中嵌放永磁体22，永磁体22沿轴向充磁，每个通孔组二中永磁体22的充磁方向相同，相邻通孔组二中永磁体22的充磁方向相反；转子基板21上靠近外圆周侧永磁体磁极与输出功率绕组26相对应，转子基板21上靠近内圆周侧永磁体磁极与输入功率绕组25相对应。
具体实施方式三、结合图8具体说明本实施方式，上述任一实施方式中的励磁电流调节单元，包括控制器、多相电容器组和多相可控饱和电抗器组；
多相电容器组中的每一相电容器一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应相连，多相电容器组和多相可控饱和电抗器组并联，多相可控饱和电抗器组的直流绕组与控制器相连，多相可控饱和电抗器组的交流绕组星型连接。
图中Qin为励磁电流调节单元输入功率，即轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出功率；QL为励磁电流调节单元输出功率，即负载功率；QC为电容提供的无功功率，QSR为可控饱和电抗器功率，IK为控制电流，UK为控制电压。图8中通过对变量的调节实现对等效电容值的改变。
具体实施方式四、结合图9具体说明本实施方式，具体实施方式一或二中的励磁电流调节单元包括多相电容器组和多相开关电抗器组；
多相电容器组中每一相电容器的一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应相连；多相开关电抗器组包括多相电抗器组和多相交流短路开关，多相电抗器组与多相电容器组相并联，多相电抗器组中每相电抗器的一端连接在一起，每相电抗器由两个电抗器串联而成，多相交流短路开关每一相的一端连接在一起，另一交流端分别对应连接在每相电抗器的两个电抗器之间。
具体实施方式五、结合图10具体说明本实施方式，具体实施方式一或二中的励磁电流调节单元包括多相主电容器组、多相开关电容器组和多相开关电抗器组；
多相主电容器组中每一相电容器的一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应连接；多相开关电容器组与多相电容器组并联，多相开关电容器组的每一相由电容器和交流短路开关组成，所有交流短路开关的一端连接在一起；多相开关电抗器组包括多相电抗器组和多相交流短路开关组，多相电抗器组与多相开关电容器组并联，多相电抗器组中每相电抗器的一端连接在一起，每相电抗器由两个电抗器串联而成，多相交流短路开关组中每一相的交流短路开关一端连接在一起，另一交流端分别对应连接在每相电抗器的两个电抗器之间。

Claims (11)

1.一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板、永磁体和导磁体；转子基板为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组，P为电机的极对数，每个轴向通孔组的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，每个通孔中均嵌放一块永磁体；永磁体沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体的充磁方向相反；每个通孔组的径向外侧和/或径向内侧，开有嵌放导磁体的轴向通孔，该轴向通孔中嵌放导磁体；每条转子磁极中心线处导磁体的径向厚度大于转子磁极极间处导磁体的径向厚度。
2.一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板、永磁体和导磁体；转子基板为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组，P为电机的极对数，每个轴向通孔组的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，每个通孔中均嵌放一块永磁体和导磁体；永磁体沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体的充磁方向相反；导磁体位于永磁体的径向两侧、永磁体的周向两侧或永磁体的四周。
3.一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；
转子包括转子基板和永磁体；转子基板为圆环形，由实心磁性材料构成，转子基板上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组，P为电机的极对数，每个轴向通孔组的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，每个通孔中均嵌放一块永磁体；永磁体沿轴向充磁，每个通孔组中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组中永磁体的充磁方向相反；每条转子磁极中心线位置处的气隙长度小于相邻两转子磁极中心线中间位置处的气隙长度。
4.一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；
输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；
轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套多相电枢绕组分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输出功率绕组嵌放在定子铁心径向外圆周侧槽中，输入功率绕组嵌放在定子铁心径向内圆周侧槽中；或，输出功率绕组固定在定子铁心径向外圆周侧气隙面上，输入功率绕组固定在定子铁心径向内圆周侧气隙面上；
转子包括转子基板、永磁体和导磁体；转子基板为圆环形，由非磁性材料构成，转子基板上靠近外圆周侧开2P个轴向通孔组一，P为电机的极对数，每个轴向通孔组一的2n+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，n为正整数，通孔一中嵌放永磁体；永磁体沿轴向充磁，每个通孔组一中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组一中永磁体的充磁方向相反；每个通孔组一的径向外侧，开有嵌放导磁体的轴向通孔，该轴向通孔中嵌放导磁体；每条转子磁极中心线处导磁体的径向厚度大于转子磁极极间处导磁体的径向厚度；转子基板上靠近内圆周侧开2P个轴向通孔组二，每个轴向通孔组二的2j+1个轴向通孔沿圆周方向均匀排列，j为正整数；通孔二中嵌放永磁体，永磁体沿轴向充磁，每个通孔组二中永磁体的充磁方向相同，相邻通孔组二中永磁体的充磁方向相反；转子基板上靠近外圆周侧永磁体磁极与输出功率绕组相对应，转子基板上靠近内圆周侧永磁体磁极与输入功率绕组相对应。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，输入功率绕组和输出功率绕组沿轴向重叠，或，输入功率绕组和输出功率绕组沿定子铁心的圆周方向非重叠分布。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，两个定子上的输出功率绕组分别与输出整流器相连，或，两个定子上的输出功率绕组的对应相串联后再与输出整流器相连。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，转子磁极中心线位置处永磁体的剩磁或矫顽力最高，由转子磁极中心线向两侧永磁体的剩磁或矫顽力逐渐递减；位于转子磁极中心线位置处永磁体磁化方向的厚度最大，由转子磁极中心线向两侧永磁体磁化方向的厚度逐渐递减；转子磁极中心线位置处永磁体的圆周方向宽度最大，由转子磁极中心线向两侧永磁体的圆周方向宽度逐渐递减。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，两个定子上的输出功率绕组的对应相轴线之间沿圆周方向相差30°电角度。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，励磁电流调节单元包括控制器、多相电容器组和多相可控饱和电抗器组；
多相电容器组中的每一相电容器一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应相连，多相电容器组和多相可控饱和电抗器组并联，多相可控饱和电抗器组的直流绕组与控制器相连，多相可控饱和电抗器组的交流绕组星型连接。
10.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，励磁电流调节单元包括多相电容器组和多相开关电抗器组；
多相电容器组中每一相电容器的一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应相连；多相开关电抗器组包括多相电抗器组和多相交流短路开关，多相电抗器组与多相电容器组相并联，多相电抗器组中每相电抗器的一端连接在一起，每相电抗器由两个电抗器串联而成，多相交流短路开关每一相的一端连接在一起，另一交流端分别对应连接在每相电抗器的两个电抗器之间。
11.根据权利要求1、2、3或4所述的一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，其特征在于，励磁电流调节单元包括多相主电容器组、多相开关电容器组和多相开关电抗器组；
多相主电容器组中每一相电容器的一端相连，另一端与输出功率绕组输出端对应连接；多相开关电容器组与多相电容器组并联，多相开关电容器组的每一相由电容器和交流短路开关组成，所有交流短路开关的一端连接在一起；多相开关电抗器组包括多相电抗器组和多相交流短路开关组，多相电抗器组与多相开关电容器组并联，多相电抗器组中每相电抗器的一端连接在一起，每相电抗器由两个电抗器串联而成，多相交流短路开关组中每一相的交流短路开关一端连接在一起，另一交流端分别对应连接在每相电抗器的两个电抗器之间。
CN201910894361.8A 2019-09-20 2019-09-20 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统 Active CN110601482B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910894361.8A CN110601482B (zh) 2019-09-20 2019-09-20 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910894361.8A CN110601482B (zh) 2019-09-20 2019-09-20 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110601482A true CN110601482A (zh) 2019-12-20
CN110601482B CN110601482B (zh) 2022-06-28

Family

ID=68861869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910894361.8A Active CN110601482B (zh) 2019-09-20 2019-09-20 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110601482B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111900828A (zh) * 2020-08-11 2020-11-06 哈尔滨工业大学 惯性储能直线电磁加速系统
CN111900848A (zh) * 2020-08-11 2020-11-06 哈尔滨工业大学 三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN111953163A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 哈尔滨工业大学 多相永磁同步电机系统及其磁场调节方法
CN111953161A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 哈尔滨工业大学 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN113131706A (zh) * 2021-04-27 2021-07-16 山东大学 盘式永磁同步电机、储能飞轮及方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08200368A (ja) * 1995-01-25 1996-08-06 Nippon Seiko Kk 超電導磁気軸受装置
CN2372822Y (zh) * 1999-04-24 2000-04-05 何户全 柴油机飞轮转子式多功能发电机
JP2003239971A (ja) * 2002-02-18 2003-08-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超電導磁気軸受装置及び超電導フライホイール装置
US20050127767A1 (en) * 1998-10-13 2005-06-16 Gallant Raymond J. Controller and magnetically driven wheel for use in a radial/rotary propulsion system
CN101803157A (zh) * 2007-09-14 2010-08-11 信越化学工业株式会社 永磁旋转电机
CN102290910A (zh) * 2011-08-10 2011-12-21 东南大学 一种使用记忆式定子永磁型电机的飞轮储能装置
CN102340209A (zh) * 2011-09-23 2012-02-01 三人集团有限公司 永磁飞轮式发电机
US20120299426A1 (en) * 2011-05-27 2012-11-29 Chung-Yi Kuo Power generating structure with dual array of magnetic field
CN202737467U (zh) * 2012-07-27 2013-02-13 北京国能子金电气技术有限公司 一种用于风电场的快速动态无功补偿装置
CN108448807A (zh) * 2018-03-21 2018-08-24 哈尔滨工业大学 飞轮储能系统
CN109038894A (zh) * 2018-08-31 2018-12-18 核心驱动科技（金华）有限公司 一种盘式转子结构以及盘式电机
CN109274240A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 沈阳工业大学 复合型非晶合金轴向磁通电机
CN109301982A (zh) * 2018-10-22 2019-02-01 南京航空航天大学 一种双定子无槽铁心轴向磁场永磁电机与飞轮一体装置
CN110224514A (zh) * 2019-05-31 2019-09-10 华中科技大学 一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08200368A (ja) * 1995-01-25 1996-08-06 Nippon Seiko Kk 超電導磁気軸受装置
US20050127767A1 (en) * 1998-10-13 2005-06-16 Gallant Raymond J. Controller and magnetically driven wheel for use in a radial/rotary propulsion system
CN2372822Y (zh) * 1999-04-24 2000-04-05 何户全 柴油机飞轮转子式多功能发电机
JP2003239971A (ja) * 2002-02-18 2003-08-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 超電導磁気軸受装置及び超電導フライホイール装置
CN101803157A (zh) * 2007-09-14 2010-08-11 信越化学工业株式会社 永磁旋转电机
US20120299426A1 (en) * 2011-05-27 2012-11-29 Chung-Yi Kuo Power generating structure with dual array of magnetic field
CN102290910A (zh) * 2011-08-10 2011-12-21 东南大学 一种使用记忆式定子永磁型电机的飞轮储能装置
CN102340209A (zh) * 2011-09-23 2012-02-01 三人集团有限公司 永磁飞轮式发电机
CN202737467U (zh) * 2012-07-27 2013-02-13 北京国能子金电气技术有限公司 一种用于风电场的快速动态无功补偿装置
CN108448807A (zh) * 2018-03-21 2018-08-24 哈尔滨工业大学 飞轮储能系统
CN109038894A (zh) * 2018-08-31 2018-12-18 核心驱动科技（金华）有限公司 一种盘式转子结构以及盘式电机
CN109274240A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 沈阳工业大学 复合型非晶合金轴向磁通电机
CN109301982A (zh) * 2018-10-22 2019-02-01 南京航空航天大学 一种双定子无槽铁心轴向磁场永磁电机与飞轮一体装置
CN110224514A (zh) * 2019-05-31 2019-09-10 华中科技大学 一种永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111900828A (zh) * 2020-08-11 2020-11-06 哈尔滨工业大学 惯性储能直线电磁加速系统
CN111900848A (zh) * 2020-08-11 2020-11-06 哈尔滨工业大学 三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN111953163A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 哈尔滨工业大学 多相永磁同步电机系统及其磁场调节方法
CN111953161A (zh) * 2020-08-11 2020-11-17 哈尔滨工业大学 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN111900848B (zh) * 2020-08-11 2023-04-07 哈尔滨工业大学 三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN111953163B (zh) * 2020-08-11 2023-07-14 哈尔滨工业大学 多相永磁同步电机系统及其磁场调节方法
CN111900828B (zh) * 2020-08-11 2023-09-08 哈尔滨工业大学 惯性储能直线电磁加速系统
CN113131706A (zh) * 2021-04-27 2021-07-16 山东大学 盘式永磁同步电机、储能飞轮及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110601482B (zh) 2022-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110601482B (zh) 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统
CN111900848B (zh) 三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN110460218B (zh) 定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统
CN110635595B (zh) 外转子飞轮脉冲同步发电机系统
CN110492665B (zh) 内嵌永磁体转子飞轮脉冲同步发电机系统
CN111049288B (zh) 一种环绕式绕组磁通调制定子结构
CN110504789B (zh) 模块化飞轮脉冲发电机系统
CN108494197B (zh) 一种定/转子永磁型变磁通轴向磁通切换永磁发电机
CN110545021B (zh) 混合励磁多相磁阻电机及发电系统
CN111756145B (zh) 双三相绕组变磁通记忆电机、电机系统及其控制方法
CN110994821B (zh) 一种使用轴向分段式磁滞环的磁通调制定子结构
CN108050156A (zh) 一种六极混合磁轴承
CN111953161B (zh) 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN115642768A (zh) 环形调磁绕组记忆电机及调磁方法
CN105141104B (zh) 一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机
CN110504810B (zh) 并联磁路混合励磁磁阻电机系统
Anitha et al. Design and analysis of axial flux permanent magnet machine for wind power applications
CN110855034B (zh) 一种机械调磁永磁同性极式感应子电机
CN101383548A (zh) 多边补偿型高功率密度机电能量变换器
CN110601619B (zh) 混合励磁飞轮脉冲同步发电机系统
CN112910015B (zh) 永磁体励磁有功与无功功率控制系统
CN110545026A (zh) 定子励磁飞轮脉冲感应发电机系统
CN117239969B (zh) 一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机
RU2729913C1 (ru) Способ автономного электроснабжения подвижного вагона
CN110635614B (zh) 串联电压补偿型飞轮脉冲发电机系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant