CN111262416A - 定子放电单元组合式脉冲电源 - Google Patents

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CN111262416A CN202010108493.6A CN202010108493A CN111262416A CN 111262416 A CN111262416 A CN 111262416A CN 202010108493 A CN202010108493 A CN 202010108493A CN 111262416 A CN111262416 A CN 111262416A
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吴绍朋
周锦阳
张品佳
崔淑梅
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Abstract

定子放电单元组合式脉冲电源，属于特种惯性储能脉冲电源领域，本发明为解决现有脉冲发电机输出调节能力受限的问题。本发明包括定子模块化放电单元、永磁式脉冲发电机转子结构和附属结构；定子模块化放电单元和永磁式脉冲发电机转子结构以转轴为轴线同轴设置，且二者之间有气隙；转轴上设置有转子轭，转子轭的外表面沿圆周方向均匀设置有永磁体；定子单元轭上设置有放电绕组，整流单元通过整流单元固定杆安装在定子单元轭上，放电绕组通过交流输出线连接整流单元，整流单元通过直流输出线引出直流电势至直流负载；所述定子模块化放电单元为多个，多个定子模块化放电单元在机壳100内沿周向空间均匀设置。本发明用于脉冲发电机。

Description

定子放电单元组合式脉冲电源
技术领域
本发明涉及一种定子放电单元组合式脉冲电源，属于特种惯性储能脉冲电源领域。
背景技术
脉冲发电机集惯性储能、机电能量转换与功率调节于一体，具有“单元件”的综合性优势，例如具有高能量密度、高功率密度、适合重复放电、脉冲波形调节灵活等优点，在军事、工业和民用领域有着广泛的应用。
脉冲发电机为了降低高速大功率电刷所带来的高损耗、低可靠性、高噪音等问题，可采用永磁式结构。由于永磁材料的固有特性，永磁式脉冲发电机内部磁场不能轻易调节，输出放电电流的调节通常可以通过转速和放电角来调节。
对于通过转速调节，由于电机工作的储能来源于转子的高转速，因此为了电机正常工作，并保证一定功率和能量的输出，脉冲发电机的转速调节范围有限。
而放电角的调节也仅能在每个放电单元的峰值以下进行调节，且针对不同负载，放电角的调节策略都不同，难以精准计算。
发明内容
本发明目的是为了解决现有脉冲发电机输出调节能力受限的问题，提供了一种定子放电单元组合式脉冲电源。
本发明所述定子放电单元组合式脉冲电源，它包括定子模块化放电单元、永磁式脉冲发电机转子结构和附属结构；
所述定子模块化放电单元包括定子单元轭、放电绕组、整流单元固定杆、交流输出线、整流单元和直流输出线；
所述永磁式脉冲发电机转子结构包括转轴、转子轭、永磁体、补偿筒和转子绷带；
所述附属结构包括机壳、前端盖、后端盖和磁悬浮轴承；
定子模块化放电单元和永磁式脉冲发电机转子结构以转轴为轴线同轴设置，且二者之间有气隙；
转轴上设置有转子轭，转子轭的外表面沿圆周方向均匀设置有永磁体，永磁体外径上套有补偿筒，补偿筒外径上缠绕有转子绷带；
定子单元轭上设置有放电绕组，整流单元通过整流单元固定杆安装在定子单元轭上，放电绕组通过交流输出线连接整流单元，整流单元通过直流输出线引出直流电势至直流负载；
前端盖和后端盖固定连接在机壳的两端，前端盖和后端盖的中心通孔侧壁上均设置有磁悬浮轴承，转轴通过磁悬浮轴承支撑；
所述定子模块化放电单元为多个，多个定子模块化放电单元在机壳100内沿周向空间均匀设置。
优选的，所述永磁体沿轴向均匀分段。
优选的，所述永磁体为Halbach阵列永磁体。
优选的，转轴与转子轭接触的部分为六边形。
优选的，所述放电绕组为环形。
优选的，所述后端盖上设置有出线孔，直流输出线通过出线孔连接直流负载。
本发明的优点：本发明将脉冲发电机定子基本放电单元做成模块化，可在定子的周向空间内实现组合式灵活布置，从而快速调节脉冲发电机的输出能力，实现同一脉冲功率源快速驱动不同放电负载，或驱动同一负载时获得不同的输出能力。
附图说明
图1是本发明所述定子放电单元组合式脉冲电源的轴向结构示意图；
图2是本发明所述定子放电单元组合式脉冲电源的径向结构示意图。
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，本实施方式所述定子放电单元组合式脉冲电源，它包括定子模块化放电单元、永磁式脉冲发电机转子结构和附属结构；
所述定子模块化放电单元包括定子单元轭210、放电绕组220、整流单元固定杆230、交流输出线240、整流单元250和直流输出线260；
所述永磁式脉冲发电机转子结构包括转轴350、转子轭340、永磁体330、补偿筒320和转子绷带310；
所述附属结构包括机壳100、前端盖110、后端盖120和磁悬浮轴承130；
定子模块化放电单元和永磁式脉冲发电机转子结构以转轴350为轴线同轴设置，且二者之间有气隙；
转轴350上设置有转子轭340，转子轭340的外表面沿圆周方向均匀设置有永磁体330，永磁体330外径上套有补偿筒320，补偿筒320外径上缠绕有转子绷带310；
定子单元轭210上设置有放电绕组220，整流单元250通过整流单元固定杆230安装在定子单元轭210上，放电绕组220通过交流输出线240连接整流单元250，整流单元250通过直流输出线260引出直流电势至直流负载；
前端盖110和后端盖120固定连接在机壳100的两端，前端盖110和后端盖120的中心通孔侧壁上均设置有磁悬浮轴承130，转轴350通过磁悬浮轴承130支撑；
所述定子模块化放电单元为多个，多个定子模块化放电单元在机壳100内沿周向空间均匀设置。
本实施方式中，转子轭340采用非导磁的玻璃纤维环氧树脂制成，其较传统的导磁铁磁材料，具有更高的强度密度比，可以降低转子质量并使电机获得更高转速，大幅提升电机的储能密度和功率密度。
本实施方式中，转子绷带310采用高强度碳纤维环氧树脂制成，能够防止在高速时，在强离心力作用下，转子部件发生松脱，提高电机的安全性和可靠性。
本实施方式中，补偿筒320采用导电材料制成，在放电时，放电绕组220内流过的瞬时脉冲电流，在补偿筒320内感应出涡流，涡流产生的磁场能够压缩电枢反应磁场，从而使得放电绕组220的瞬态电感大幅降低，从而获得峰值更高、脉宽更短的脉冲电流。
本实施方式中，通过设置整流单元250，将放电电流的输出在直流侧耦合，并接负载，可以避免交流侧直接耦合带来的单元间的环流问题。
本实施方式中，采用磁悬浮轴承130可以获得更高的转速，从而提高储能密度和功率密度。
本实施方式中，根据负载的需求，组合不同的定子模块化放电单元，能够快速灵活地调节脉冲发电机的输出能力。
本实施方式中，永磁式脉冲发电机转子结构旋转，放电绕组220感应出交流感应电势，交流感应电势通过交流输出线240输出至整流单元250，整流单元250将交流感应电势整流为直流电势，直流电势通过直流输出线260引出至直流负载；
进一步的，所述永磁体330沿轴向均匀分段。
再进一步的，所述永磁体330为Halbach阵列永磁体。
本实施方式中，Halbach(海尔贝克)阵列永磁体结构是工程上理想结构的近似，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场。利用Halbach永磁体阵列单边聚磁的优势，且永磁体330采用轴向分段，降低高速时永磁体内部的涡流损耗，提升系统效率。
再进一步的，转轴350与转子轭340接触的部分为六边形。
本实施方式中，转轴350与转子轭340接触的部分为六边形，能够增加二者之间的连接强度，防止放电时，转子受到强冲击，使转轴350与转子轭340脱开，，损坏转子。而采用六边形结构，可增加电机的安全性和可靠性。
再进一步的，所述放电绕组220为环形。
本实施方式中，环形放电绕组能够大幅降低绕组的端部，从而降低脉冲发电机的轴向长度，使转子获得更大的惯性储能，结构更加紧凑，从而提高储能密度和功率密度。
再进一步的，所述后端盖120上设置有出线孔，直流输出线260通过出线孔连接直流负载。
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 (6)

1.定子放电单元组合式脉冲电源，其特征在于，它包括定子模块化放电单元、永磁式脉冲发电机转子结构和附属结构；
所述定子模块化放电单元包括定子单元轭(210)、放电绕组(220)、整流单元固定杆(230)、交流输出线(240)、整流单元(250)和直流输出线(260)；
所述永磁式脉冲发电机转子结构包括转轴(350)、转子轭(340)、永磁体(330)、补偿筒(320)和转子绷带(310)；
所述附属结构包括机壳(100)、前端盖(110)、后端盖(120)和磁悬浮轴承(130)；
定子模块化放电单元和永磁式脉冲发电机转子结构以转轴(350)为轴线同轴设置，且二者之间有气隙；
转轴(350)上设置有转子轭(340)，转子轭(340)的外表面沿圆周方向均匀设置有永磁体(330)，永磁体(330)外径上套有补偿筒(320)，补偿筒(320)外径上缠绕有转子绷带(310)；
定子单元轭(210)上设置有放电绕组(220)，整流单元(250)通过整流单元固定杆(230)安装在定子单元轭(210)上，放电绕组(220)通过交流输出线(240)连接整流单元(250)，整流单元(250)通过直流输出线(260)引出直流电势至直流负载；
前端盖(110)和后端盖(120)固定连接在机壳(100)的两端，前端盖(110)和后端盖(120)的中心通孔侧壁上均设置有磁悬浮轴承(130)，转轴(350)通过磁悬浮轴承(130)支撑；
所述定子模块化放电单元为多个，多个定子模块化放电单元在机壳(100)内沿周向空间均匀设置。
2.根据权利要求1所述的定子放电单元组合式脉冲电源，其特征在于，所述永磁体(330)沿轴向均匀分段。
3.根据权利要求2所述的定子放电单元组合式脉冲电源，其特征在于，所述永磁体(330)为Halbach阵列永磁体。
4.根据权利要求2所述的定子放电单元组合式脉冲电源，其特征在于，转轴(350)与转子轭(340)接触的部分为六边形。
5.根据权利要求1所述的定子放电单元组合式脉冲电源，其特征在于，所述放电绕组(220)为环形。
6.根据权利要求1所述的定子放电单元组合式脉冲电源，其特征在于，所述后端盖(120)上设置有出线孔，直流输出线(260)通过出线孔连接直流负载。
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