CN110932520B - 具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统 - Google Patents

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Abstract

具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，属于惯性储能脉冲电源技术领域，本发明为解决现有空基环境下无固定市电，一次能源供给存在问题，以及电机瞬时放电过程中对平台有冲击和损坏的问题。包括外转子和定子；外转子和定子由外向内同轴设置，之间形成气隙；采用发动机作为原动机，发动机的螺旋叶片与转子轭一体成型；转子轭内侧由外向内依次设置转子绷带、永磁体和补偿筒；定子轴两端与分别与前端盖和后端盖固定连接，定子轴外侧由内向外依次设置定子轭、电枢绕组和定子绷带；永磁体形成的磁场通过补偿筒和气隙与电枢绕组相交链；所述电枢绕组为无槽环形多相绕组结构，包括两相绕组，每相绕组包括四个线圈。本发明用于惯性储能脉冲电源中。

Description

具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统
技术领域
本发明涉及一种具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，属于惯性储能脉冲电源技术领域。
背景技术
惯性储能脉冲电源是一种将转子惯性储能转变为脉冲电能输出的装置。基于惯性储能的脉冲发电机，是一种特殊的同步发电机，利用补偿原理和磁通压缩原理，极大地降低了电枢绕组的内电感，从而获得幅值极高的脉冲电流，在军事、工业、环保等领域有着极大的应用潜力。
脉冲发电机的励磁方式主要有两种：电励磁和永磁励磁。由于电励磁需要电刷，电机结构复杂，电刷的磨损和烧蚀也会降低电机的可靠性，并增加其维护费用，因此近年来永磁励磁脉冲发电机的研究逐渐增多。受永磁材料磁性能的限制，永磁式脉冲发电机同自激励磁的空芯脉冲发电机中的磁能相比较低，但是其无刷化运行的优点，使其更适用于高速运行的情况，在一定的气隙磁场下，同样可以产生幅值较高的反电势，用于对外放电，同时高速化运行，可大幅提高电机的惯性储能，提高系统的储能密度。
脉冲发电机放电期间，转速下降很快，产生极高的电磁转矩冲击，量级达到M·Nm，会对发电机和原动机之间的机械连接系统产生极大冲击，极易损坏。在工业等领域，通常脉冲发电机的原动机为电机，一次侧能源为电能。然而，在一些特殊的应用领域，如空基领域，无固定的大容量电能供给，仅有燃油作为一次能源。
发明内容
本发明目的是为了解决现有空基环境下无固定市电，一次能源供给存在问题，以及电机瞬时放电过程中对平台有冲击和损坏的问题，提供了一种具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统。
本发明所述具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，它包括外转子和定子；外转子和定子由外向内同轴设置，外转子和定子之间形成气隙；
外转子包括转子轭、转子绷带、永磁体和补偿筒；定子包括定子绷带、电枢绕组、定子轭和定子轴；
采用发动机作为原动机，发动机的螺旋叶片与转子轭一体成型；
转子轭内侧由外向内依次设置转子绷带、永磁体和补偿筒；
定子轴的两端与分别与前端盖和后端盖固定连接，定子轴外侧由内向外依次设置定子轭、电枢绕组和定子绷带；
永磁体形成的磁场通过补偿筒和气隙与电枢绕组相交链；
所述电枢绕组为无槽环形多相绕组结构，包括两相绕组，每相绕组包括四个线圈。
优选的，所述永磁体为Halbach永磁阵列结构。
优选的，所述永磁体产生的气隙磁密为径向。
优选的，所述前端盖和后端盖上设有开孔，能够实现通风冷却。
优选的，所述转子绷带采用碳纤维环氧树脂缠绕而成。
优选的，所述补偿筒为环形铝筒。
优选的，所述定子轴为空心轴，电枢绕组的引出线从所述空心轴内引出，连接负载。
本发明的优点：
1、将螺旋叶片和转子轭一体成型，外转子的机械输入采用燃气轮机的叶片驱动，放电时电磁转矩所产生的冲击可以通过调节燃气动力实现缓冲，降低对机动平台的转矩冲击和对原动机的损伤；
2、采用永磁体励磁，不设电刷，使电机系统体积减小，提高运行的可靠性；
3、永磁体采用Halbach永磁阵列结构，实现外转子的空芯化；
4、前端盖和后端盖上设开孔，可以将高速低温气体引入转子中，实现定转子的强迫风冷，解决电机运行过程中产生的温升问题。
附图说明
图1是本发明所述具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统的剖面结构示意图；
图2是本发明所述具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统的整体结构示意图。
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：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，它包括外转子和定子；外转子和定子由外向内同轴设置，外转子和定子之间形成气隙；
外转子包括转子轭2、转子绷带3、永磁体4和补偿筒5；定子包括定子绷带6、电枢绕组7、定子轭8和定子轴9；
采用发动机作为原动机，发动机的螺旋叶片1与转子轭2一体成型；
转子轭2内侧由外向内依次设置转子绷带3、永磁体4和补偿筒5；
定子轴9的两端与分别与前端盖10和后端盖11固定连接，定子轴9外侧由内向外依次设置定子轭8、电枢绕组7和定子绷带6；
永磁体4形成的磁场通过补偿筒5和气隙与电枢绕组7相交链；
所述电枢绕组7为无槽环形多相绕组结构，包括两相绕组，每相绕组包括四个线圈。
本实施方式中，电枢绕组7表贴于定子轭8的外表面上。
本实施方式中，电枢绕组7的两相绕组分别为A相绕组和B相绕组，如图2所示。
进一步的，所述永磁体4为Halbach永磁阵列结构。
本实施方式中，Halbach永磁阵列结构具有单边聚磁的特性，实现转子的空芯化。
本实施方式中，Halbach永磁阵列(海尔贝克永磁阵列)是一种磁体结构，利用特殊的磁体单元的排列，增强单位方向上的场强，能够用最少量的磁体产生最强的磁场。
再进一步的，所述永磁体4产生的气隙磁密为径向。
再进一步的，所述前端盖10和后端盖11上设有开孔，能够实现通风冷却。
再进一步的，所述转子绷带3采用碳纤维环氧树脂缠绕而成。
本实施方式中，转子绷带3由高强度碳纤维环氧树脂缠绕而成，能够保护转子结构在高速旋转时不脱落。
再进一步的，所述补偿筒5为环形铝筒。
本实施方式中，补偿筒5能够起到放电补偿的作用。
再进一步的，所述定子轴9为空心轴，电枢绕组7的引出线从所述空心轴内引出，连接负载。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，它包括外转子和定子；外转子和定子由外向内同轴设置，外转子和定子之间形成气隙；
其特征在于，外转子包括转子轭（2）、转子绷带（3）、永磁体（4）和补偿筒（5）；定子包括定子绷带（6）、电枢绕组（7）、定子轭（8）和定子轴（9）；
采用发动机作为原动机，发动机的螺旋叶片（1）与转子轭（2）一体成型；
转子轭（2）内侧由外向内依次设置转子绷带（3）、永磁体（4）和补偿筒（5）；
定子轴（9）的两端与分别与前端盖（10）和后端盖（11）固定连接，定子轴（9）外侧由内向外依次设置定子轭（8）、电枢绕组（7）和定子绷带（6）；
永磁体（4）形成的磁场通过补偿筒（5）和气隙与电枢绕组（7）相交链；
所述电枢绕组（7）为无槽环形多相绕组结构，包括两相绕组，每相绕组包括四个线圈；
所述发动机采用燃气轮机，外转子的机械输入采用燃气轮机的螺旋叶片（2）驱动，放电时电磁转矩产生的冲击通过调节燃气动力实现缓冲。
2.根据权利要求1所述的具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，其特征在于，所述永磁体（4）为Halbach永磁阵列结构。
3.根据权利要求1所述的具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，其特征在于，所述永磁体（4）产生的气隙磁密为径向。
4.根据权利要求1所述的具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，其特征在于，所述前端盖（10）和后端盖（11）上设有开孔，能够实现通风冷却。
5.根据权利要求1所述的具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，其特征在于，所述转子绷带（3）采用碳纤维环氧树脂缠绕而成。
6.根据权利要求1所述的具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，其特征在于，所述补偿筒（5）为环形铝筒。
7.根据权利要求1所述的具有冲击缓冲功能的空基惯性储能脉冲电源系统，其特征在于，所述定子轴（9）为空心轴，电枢绕组（7）的引出线从所述空心轴内引出，连接负载。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4840107A (en) * 1987-04-16 1989-06-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for managing recoil of electromagnetic guns
CN101227120A (zh) * 2006-11-29 2008-07-23 通用电气公司 叶尖电机
CN101814818A (zh) * 2010-04-27 2010-08-25 哈尔滨工业大学 定子双电枢绕组空芯脉冲发电机及其实现脉冲放电的方法
CN108988605A (zh) * 2018-08-03 2018-12-11 哈尔滨工业大学 内驱动-外发电一体化脉冲发电机电源

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4840107A (en) * 1987-04-16 1989-06-20 Board Of Regents, The University Of Texas System Method and apparatus for managing recoil of electromagnetic guns
CN101227120A (zh) * 2006-11-29 2008-07-23 通用电气公司 叶尖电机
CN101814818A (zh) * 2010-04-27 2010-08-25 哈尔滨工业大学 定子双电枢绕组空芯脉冲发电机及其实现脉冲放电的方法
CN108988605A (zh) * 2018-08-03 2018-12-11 哈尔滨工业大学 内驱动-外发电一体化脉冲发电机电源

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Mechanical Srength alysis of Pulsed Alternator Air-Core Rotor";Shaopeng Wu etc;《IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE》;20190531;第45卷(第5期);第2387页 *
Design Analysis and Testing of a Novel Permanent Magnet Compulsator;HaozeWang etc;《IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE》;20150430;第43卷(第5期);第1040-1047页 *

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