CN111953161A - 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统 - Google Patents

双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111953161A
CN111953161A CN202010800065.XA CN202010800065A CN111953161A CN 111953161 A CN111953161 A CN 111953161A CN 202010800065 A CN202010800065 A CN 202010800065A CN 111953161 A CN111953161 A CN 111953161A
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
rotor
multiphase
air gap
stator
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
CN202010800065.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111953161B (zh
Inventor
寇宝泉
张浩泉
宋得雪
张赫
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 CN202010800065.XA priority Critical patent/CN111953161B/zh
Publication of CN111953161A publication Critical patent/CN111953161A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111953161B publication Critical patent/CN111953161B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • 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
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • 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
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • 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
    • 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
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • 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
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，属于电机领域，解决现有的飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，且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，导致系统的可靠性低及利用飞轮脉冲发电机组实现的发电机系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题。发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机、正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；所有电动绕组的正相带绕组的引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；所有电动绕组的负相带绕组的引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；发电绕组的引出线与多相整流器的交流输入端相连。本发明在核聚变试验技术、等离子体和电磁发射技术等领域具有良好的应用前景。

Description

双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
技术领域
本发明属于电机领域。
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。大容量的飞轮脉冲发电机组以小功率、长时间存储能量，以大功率、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10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。
传统的飞轮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，而脉冲发电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。因此，以上问题亟需解决。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，且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，导致系统的可靠性低及利用飞轮脉冲发电机组实现的发电机系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题，本发明提供了双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括以下几种结构。
第一种结构：
参见图1至图6，双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括一个定子1和两个转子2，且三者同轴；两个转子2分别位于定子1轴向两侧，两个转子2机械上固定连接在一起，两个转子2与定子1之间均存在气隙；
定子1包括定子铁心1-1、电动绕组1-2和发电绕组1-3；其中，
定子铁心1-1为圆环形结构，在定子铁心1-1的两个气隙面上均开设有径向槽1-1-1，使定子铁心1-1形成轭部1-1-2和定子齿；每个气隙面上各径向槽1-1-1沿圆周方向均匀分布；
电动绕组1-2为多相对称环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心1-1的轭部1-1-2；
多相对称环形绕组包括多个环形线圈，每个环形线圈的两个有效边分别嵌放在定子铁心1-1两个气隙面上相对设置的两个径向槽1-1-1中；其中，环形线圈的有效边为嵌放在气隙面上径向槽1-1-1中的边；
多相对称环形绕组中每相的正相带内环形线圈有效边联结成正相带绕组，每相的负相带内环形线圈有效边联结成负相带绕组；
发电绕组1-3为多相对称交流绕组，且嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中或固定在定子铁心1-1的气隙面上；
转子2为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；
每个转子2气隙面上的所有永磁体2-1均轴向充磁，其中，一个或多个永磁体2-1作为一个磁极，每个磁极上的永磁体充磁方向相同；每个转子2上相邻磁极的永磁体2-1的充磁方向相反，两个转子2上相对磁极的永磁体2-1的充磁方向相反。
优选的是，发电机系统还包括正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；
电动绕组1-2的正相带绕组的引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；
电动绕组1-2的负相带绕组的引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；
正、负相带绕组功率变换器供给电动绕组1-2的电流由直流分量和基波分量构成；
发电绕组1-3的引出线与多相整流器的交流输入端相连。
第二种结构：
参见图5至图7，双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括两个定子1和一个转子2，且三者同轴；两个定子1分别位于转子2轴向两侧，两个定子1机械上固定连接在一起，两个定子1与转子2之间均存在气隙；
每个定子1包括定子铁心1-1、电动绕组1-2和发电绕组1-3；其中，
定子铁心1-1为圆环形结构，定子铁心1-1的两个端面中，有一个端面为气隙面，在定子铁心1-1的两个端面上均开设有径向槽1-1-1，使定子铁心1-1形成轭部1-1-2和定子齿；每个端面上各径向槽1-1-1沿圆周方向均匀分布；
电动绕组1-2为多相对称环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心1-1的轭部1-1-2；
多相对称环形绕组包括多个环形线圈，每个环形线圈的一个有效边嵌放在定子铁心1-1气隙面上的一个径向槽1-1-1中；其中，环形线圈的有效边为嵌放在气隙面上径向槽1-1-1中的边；
多相对称环形绕组中每相的正相带内环形线圈有效边联结成正相带绕组，每相的负相带内环形线圈有效边联结成负相带绕组；
发电绕组1-3为多相对称交流绕组，且嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中或固定在定子铁心1-1的气隙面上；
转子2为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；
转子2同一气隙面上的所有永磁体2-1均轴向充磁，其中，一个或多个永磁体2-1作为一个磁极，每个磁极上的永磁体充磁方向相同；转子2同一气隙面上相邻磁极的永磁体2-1的充磁方向相反。
优选的是，发电机系统还包括正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；
两个定子1上的两套正相带绕组串联在一起后，其引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；
两个定子1上的两套负相带绕组对应相串联在一起后，其引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；
正、负相带绕组功率变换器分别供给正、负相带绕组的电流均由直流分量和基波分量构成；
两个定子1上的两套发电绕组1-3对应相串联或并联在一起后，其引出线与多相整流器的交流输入端相连。
本发明的效果为：本发明所述的轴向磁场多相永磁同步电机，即可作为电动机，又可作为发电机，电动/发电机采用轴向磁场、盘式结构，转子的结构强度高、转动惯量大，电动储能与发电释能共用一个转子，将飞轮与脉冲发电机的转子合二为一，机组轴系短、重量轻，适合高速旋转，因此，脉冲发电机的储能密度高、功率密度大；通过电动绕组改变主磁路磁阻以及主磁通的大小，其中，主磁路为通过定子铁心中的磁路，保持发电绕组电动势与输出电压不变，恒压速度变化范围宽、磁场控制损耗低；转子上没有整流器、滑环和电刷，系统结构简单、可靠性高、成本低、维护方便。
本发明双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统具有储能密度高、功率密度大、结构简单、可靠性高、成本低、维护方便、输出电压可恒定控制等优点，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。
现有技术中的模块化飞轮脉冲发电机系统，通过励磁电流调节单元用于在发电机状态时对电机气隙磁场进行控制，以保证电机在负载及转速变化状态下输出电压保持恒定。本发明发电机系统相对于现有技术中的模块化飞轮脉冲发电机系统优势在于，本发明所采用电机结构不同，且本发明电机系统没有额外的励磁电流调节单元，本发明系统结构更加简单。
附图说明
图1是具体实施方式一中，定子铁心1-1的结构示意图；
图2是具体实施方式一中，电动绕组1-2与定子铁心1-1的相对位置关系图；
图3是具体实施方式一中，定子1的整体结构示意图，该图是在图2中定子铁心1-1气隙面上径向槽1-1-1内嵌放发电绕组1-3后形成的图；
图4为采用图3中的定子1实现的轴向磁场多相永磁同步电机的整体结构示意图；
图5是具体实施方式一或二中，转子2的第一种结构示意图；
图6是具体实施方式一或二中，转子2的第二种结构示意图；
图7为具体实施方式二中，轴向磁场多相永磁同步电机的相关结构示意图；其中，
图7a为具体实施方式二中，定子铁心1-1的结构示意图；
图7b为对图7a中定子铁心1-1开设周向槽1-1-4后的结构示意图；
图7c为具体实施方式二中，定子1的整体结构示意图；
图7d为采用图7c中定子1实现的轴向磁场多相永磁同步电机的整体结构示意图；
图8为具实施方式七所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统的原理示意图；
图9为具实施方式八所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统的原理示意图；
其中，
图9a为两个定子1上的两套发电绕组1-3对应相串联时，发电机系统的原理示意图；
图9b为两个定子1上的两套发电绕组1-3对应相并联时，发电机系统的原理示意图；
图10为背景技术中常用飞轮脉冲发电机系统的结构示意图。
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。
具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括一个定子1和两个转子2，且三者同轴；两个转子2分别位于定子1轴向两侧，两个转子2机械上固定连接在一起，两个转子2与定子1之间均存在气隙；
定子1包括定子铁心1-1、电动绕组1-2和发电绕组1-3；其中，
定子铁心1-1为圆环形结构，在定子铁心1-1的两个气隙面上均开设有径向槽1-1-1，使定子铁心1-1形成轭部1-1-2和定子齿；每个气隙面上各径向槽1-1-1沿圆周方向均匀分布；
电动绕组1-2为多相对称环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心1-1的轭部1-1-2；
多相对称环形绕组包括多个环形线圈，每个环形线圈的两个有效边分别嵌放在定子铁心1-1两个气隙面上相对设置的两个径向槽1-1-1中；其中，环形线圈的有效边为嵌放在气隙面上径向槽1-1-1中的边；
多相对称环形绕组中每相的正相带内环形线圈有效边联结成正相带绕组，每相的负相带内环形线圈有效边联结成负相带绕组；
发电绕组1-3为多相对称交流绕组，且嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中或固定在定子铁心1-1的气隙面上；
转子2为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；
每个转子2气隙面上的所有永磁体2-1均轴向充磁，其中，一个或多个永磁体2-1作为一个磁极，每个磁极上的永磁体充磁方向相同；每个转子2上相邻磁极的永磁体2-1的充磁方向相反，两个转子2上相对磁极的永磁体2-1的充磁方向相反。
图1中，定子铁心1-1为圆环形，在圆环形定子铁心1-1的轴向两个气隙面上开有36个径向槽1-1-1，各径向槽1-1-1沿圆周方向均匀分布。
图2中，电动绕组1-2为多相对称环形绕组，电动绕组1-2由36个矩形线圈串联而成，每个矩形线圈的两个线圈边嵌放在定子铁心1-1两个气隙面上相对应的两个径向槽1-1-1中。
图3中，发电绕组1-3采用三相整距单层绕组，发电绕组1-3的每极每相槽数等于2，发电绕组1-3嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中。
图5中，每个转子2包括永磁体2-1和转子铁心2-2，且图6中，转子2为内嵌永磁体结构，构成每极磁极的三块永磁体2-1嵌放在圆环形转子铁心2-2的气隙侧的槽中。永磁体2-1轴向充磁，相邻磁极的永磁体2-1充磁方向相反。两个转子上相对磁极永磁体2-1的充磁方向相反。
图6中，每个转子2包括永磁体2-1、转子基板2-3和导磁体2-4，图7中，转子2为内嵌永磁体结构，构成每极磁极的三块永磁体2-1嵌放在圆环形转子基板2-3的气隙侧的槽中。永磁体2-1轴向充磁，相邻磁极的永磁体2-1充磁方向相反。两个转子上相对磁极永磁体2-1的充磁方向相反。
本实施方式中，本发明所述的轴向磁场多相永磁同步电机，即可作为电动机，又可作为发电机，电动/发电机采用轴向磁场、盘式结构，转子的结构强度高、转动惯量大，电动储能与发电释能共用一个转子，将飞轮与脉冲发电机的转子合二为一，机组轴系短、重量轻，适合高速旋转，因此，脉冲发电机的储能密度高、功率密度大；通过电动绕组1-2改变主磁路磁阻以及主磁通的大小，其中，主磁路为通过定子铁心中的磁路，保持发电绕组电动势与输出电压不变，恒压速度变化范围宽、磁场控制损耗低；转子上没有整流器、滑环和电刷，系统结构简单、可靠性高、成本低、维护方便。
具体实施方式二：下面结合图5至图7说明本实施方式，本实施方式所述双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括两个定子1和一个转子2，且三者同轴；两个定子1分别位于转子2轴向两侧，两个定子1机械上固定连接在一起，两个定子1与转子2之间均存在气隙；
每个定子1包括定子铁心1-1、电动绕组1-2和发电绕组1-3；其中，
定子铁心1-1为圆环形结构，定子铁心1-1的两个端面中，有一个端面为气隙面，在定子铁心1-1的两个端面上均开设有径向槽1-1-1，使定子铁心1-1形成轭部1-1-2和定子齿；每个端面上各径向槽1-1-1沿圆周方向均匀分布；
电动绕组1-2为多相对称环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心1-1的轭部1-1-2；
多相对称环形绕组包括多个环形线圈，每个环形线圈的一个有效边嵌放在定子铁心1-1气隙面上的一个径向槽1-1-1中；其中，环形线圈的有效边为嵌放在气隙面上径向槽1-1-1中的边；
多相对称环形绕组中每相的正相带内环形线圈有效边联结成正相带绕组，每相的负相带内环形线圈有效边联结成负相带绕组；
发电绕组1-3为多相对称交流绕组，且嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中或固定在定子铁心1-1的气隙面上；
转子2为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；
转子2同一气隙面上的所有永磁体2-1均轴向充磁，其中，一个或多个永磁体2-1作为一个磁极，每个磁极上的永磁体充磁方向相同；转子2同一气隙面上相邻磁极的永磁体2-1的充磁方向相反。
本实施方式中，本发明所述的轴向磁场多相永磁同步电机，即可作为电动机，又可作为发电机，电动/发电机采用轴向磁场、盘式结构，转子的结构强度高、转动惯量大，电动储能与发电释能共用一个转子，将飞轮与脉冲发电机的转子合二为一，机组轴系短、重量轻，适合高速旋转，因此，脉冲发电机的储能密度高、功率密度大；通过电动绕组1-2改变主磁路磁阻以及主磁通的大小，其中，主磁路为通过定子铁心中的磁路，保持发电绕组电动势与输出电压不变，恒压速度变化范围宽、磁场控制损耗低；转子上没有整流器、滑环和电刷，系统结构简单、可靠性高、成本低、维护方便。
具体实施方式三：下面结合图2和图7b说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统作进一步说明，定子铁心1-1的气隙面上开设一个周向槽1-1-4，周向槽1-1-4为圆环形槽体，用于固定发电绕组1-3。
具体实施方式四：下面结合图1和图7a说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统作进一步说明，定子铁心1-1的内、外侧壁上还开设有轴向槽1-1-3，各轴向槽1-1-3沿其所在侧壁的圆周方向均匀分布，每个轴向槽1-1-3与其所对应的径向槽1-1-1连通。
具体实施方式五：下面结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一或二所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统作进一步说明，转子2的构成包括两种：
第一种为：转子2包括永磁体2-1和转子铁心2-2；转子铁心2-2为圆环形结构，各永磁体2-1沿圆周方向表贴在转子铁心2-2的气隙面或沿圆周方向嵌入在转子铁心2-2的气隙面内；
第二种为：转子2包括永磁体2-1、转子基板2-3和导磁体2-4；转子基板2-3为圆环形结构，各永磁体2-1沿圆周方向表贴在转子基板2-3的气隙面或沿圆周方向嵌入在转子基板2-3的气隙面内，同一气隙面相邻磁极间设有一个导磁体2-4。
图5中，每个转子2包括永磁体2-1和转子铁心2-2，且图6中，转子2为内嵌永磁体结构，构成每极磁极的三块永磁体2-1嵌放在圆环形转子铁心2-2的气隙侧的槽中。永磁体2-1轴向充磁，相邻磁极的永磁体2-1充磁方向相反。两个转子上相对磁极永磁体2-1的充磁方向相反。
图6中，每个转子2包括永磁体2-1、转子基板2-3和导磁体2-4，图7中，转子2为内嵌永磁体结构，构成每极磁极的三块永磁体2-1嵌放在圆环形转子基板2-3的气隙侧的槽中。永磁体2-1轴向充磁，相邻磁极的永磁体2-1充磁方向相反。两个转子上相对磁极永磁体2-1的充磁方向相反。
具体实施方式六：下面结合图7说明本实施方式，本实施方式对实施方式二所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统作进一步说明，两个定子1上的两套发电绕组1-3的对应相串联或对应相并联。
具体实施方式七：下面结合图8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统作进一步说明，发电机系统还包括正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；
电动绕组1-2的正相带绕组的引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；
电动绕组1-2的负相带绕组的引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；
正、负相带绕组功率变换器供给电动绕组1-2的电流由直流分量和基波分量构成；
发电绕组1-3的引出线与多相整流器的交流输入端相连。
本实施方式中，正、负相带绕组分别与正、负相带绕组功率变换器连接，正、负相带绕组功率变换器供给电动绕组1-2的电流由直流分量和基波分量构成。电动绕组1-2各有效边内流过电流的直流分量的大小相等、方向相同，即所有电动绕组1-2电流直流分量产生的磁动势方向相同，共同作用在定子铁心轭部。通过电动绕组1-2改变主磁路磁阻以及主磁通的大小，其中，主磁路为通过定子铁心中的磁路，保持电动绕组1-2电动势与输出电压不变，恒压速度变化范围宽、磁场控制损耗低。
本实施方式中，本发明双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统具有储能密度高、功率密度大、结构简单、可靠性高、成本低、维护方便、输出电压可恒定控制等优点，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。
具体实施方式八：下面结合图9说明本实施方式，本实施方式对实施方式二所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统作进一步说明，发电机系统还包括正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；
两个定子1上的两套正相带绕组串联在一起后，其引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；
两个定子1上的两套负相带绕组对应相串联在一起后，其引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；
正、负相带绕组功率变换器分别供给正、负相带绕组的电流均由直流分量和基波分量构成；
两个定子1上的两套发电绕组1-3对应相串联或并联在一起后，其引出线与多相整流器的交流输入端相连。
本实施方式中，两个定子1上的两套正相带绕组串联在一起后，其引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；两个定子1上的两套负相带绕组对应相串联在一起后，其引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；正、负相带绕组功率变换器分别供给正、负相带绕组的电流均由直流分量和基波分量构成；电动绕组1-2各有效边内流过电流的直流分量的大小相等、方向相同，即所有电动绕组1-2电流直流分量产生的磁动势方向相同，共同作用在定子铁心轭部。通过电动绕组1-2改变主磁路磁阻以及主磁通的大小，其中，主磁路为通过定子铁心中的磁路，保持电动绕组1-2电动势与输出电压不变，恒压速度变化范围宽、磁场控制损耗低。
本实施方式中，本发明双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统具有储能密度高、功率密度大、结构简单、可靠性高、成本低、维护方便、输出电压可恒定控制等优点，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。
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 (8)

1.双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，其特征在于，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括一个定子(1)和两个转子(2)，且三者同轴；两个转子(2)分别位于定子(1)轴向两侧，两个转子(2)机械上固定连接在一起，两个转子(2)与定子(1)之间均存在气隙；
定子(1)包括定子铁心(1-1)、电动绕组(1-2)和发电绕组(1-3)；其中，
定子铁心(1-1)为圆环形结构，在定子铁心(1-1)的两个气隙面上均开设有径向槽(1-1-1)，使定子铁心(1-1)形成轭部(1-1-2)和定子齿；每个气隙面上各径向槽(1-1-1)沿圆周方向均匀分布；
电动绕组(1-2)为多相对称环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心(1-1)的轭部(1-1-2)；
多相对称环形绕组包括多个环形线圈，每个环形线圈的两个有效边分别嵌放在定子铁心(1-1)两个气隙面上相对设置的两个径向槽(1-1-1)中；其中，环形线圈的有效边为嵌放在气隙面上径向槽(1-1-1)中的边；
多相对称环形绕组中每相的正相带内环形线圈有效边联结成正相带绕组，每相的负相带内环形线圈有效边联结成负相带绕组；
发电绕组(1-3)为多相对称交流绕组，且嵌放在定子铁心(1-1)气隙侧的径向槽(1-1-1)中或固定在定子铁心(1-1)的气隙面上；
转子(2)为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；
每个转子(2)气隙面上的所有永磁体(2-1)均轴向充磁，其中，一个或多个永磁体(2-1)作为一个磁极，每个磁极上的永磁体充磁方向相同；每个转子(2)上相邻磁极的永磁体(2-1)的充磁方向相反，两个转子(2)上相对磁极的永磁体(2-1)的充磁方向相反。
2.双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，其特征在于，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括两个定子(1)和一个转子(2)，且三者同轴；两个定子(1)分别位于转子(2)轴向两侧，两个定子(1)机械上固定连接在一起，两个定子(1)与转子(2)之间均存在气隙；
每个定子(1)包括定子铁心(1-1)、电动绕组(1-2)和发电绕组(1-3)；其中，
定子铁心(1-1)为圆环形结构，定子铁心(1-1)的两个端面中，有一个端面为气隙面，在定子铁心(1-1)的两个端面上均开设有径向槽(1-1-1)，使定子铁心(1-1)形成轭部(1-1-2)和定子齿；每个端面上各径向槽(1-1-1)沿圆周方向均匀分布；
电动绕组(1-2)为多相对称环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心(1-1)的轭部(1-1-2)；
多相对称环形绕组包括多个环形线圈，每个环形线圈的一个有效边嵌放在定子铁心(1-1)气隙面上的一个径向槽(1-1-1)中；其中，环形线圈的有效边为嵌放在气隙面上径向槽(1-1-1)中的边；
多相对称环形绕组中每相的正相带内环形线圈有效边联结成正相带绕组，每相的负相带内环形线圈有效边联结成负相带绕组；
发电绕组(1-3)为多相对称交流绕组，且嵌放在定子铁心(1-1)气隙侧的径向槽(1-1-1)中或固定在定子铁心(1-1)的气隙面上；
转子(2)为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；
转子(2)同一气隙面上的所有永磁体(2-1)均轴向充磁，其中，一个或多个永磁体(2-1)作为一个磁极，每个磁极上的永磁体充磁方向相同；转子(2)同一气隙面上相邻磁极的永磁体(2-1)的充磁方向相反。
3.根据权利要求1或2所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，定子铁心(1-1)的气隙面上开设一个周向槽(1-1-4)，周向槽(1-1-4)为圆环形槽体，用于固定发电绕组(1-3)。
4.根据权利要求1或2所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，定子铁心(1-1)的内、外侧壁上还开设有轴向槽(1-1-3)，各轴向槽(1-1-3)沿其所在侧壁的圆周方向均匀分布，每个轴向槽(1-1-3)与其所对应的径向槽(1-1-1)连通。
5.根据权利要求1或2所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，转子(2)的构成包括两种：
第一种为：转子(2)包括永磁体(2-1)和转子铁心(2-2)；转子铁心(2-2)为圆环形结构，各永磁体(2-1)沿圆周方向表贴在转子铁心(2-2)的气隙面或沿圆周方向嵌入在转子铁心(2-2)的气隙面内；
第二种为：转子(2)包括永磁体(2-1)、转子基板(2-3)和导磁体(2-4)；转子基板(2-3)为圆环形结构，各永磁体(2-1)沿圆周方向表贴在转子基板(2-3)的气隙面或沿圆周方向嵌入在转子基板(2-3)的气隙面内，同一气隙面相邻磁极间设有一个导磁体(2-4)。
6.根据权利要求2所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，两个定子(1)上的两套发电绕组(1-3)的对应相串联或对应相并联。
7.根据权利要求1所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，发电机系统还包括正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；
电动绕组(1-2)的正相带绕组的引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；
电动绕组(1-2)的负相带绕组的引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；
正、负相带绕组功率变换器供给电动绕组(1-2)的电流由直流分量和基波分量构成；
发电绕组(1-3)的引出线与多相整流器的交流输入端相连。
8.根据权利要求2所述的双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，发电机系统还包括正相带绕组功率变换器、负相带绕组功率变换器和多相整流器；
两个定子(1)上的两套正相带绕组串联在一起后，其引出线与正相带绕组功率变换器的输出端相连；
两个定子(1)上的两套负相带绕组对应相串联在一起后，其引出线与负相带绕组功率变换器的输出端相连；
正、负相带绕组功率变换器分别供给正、负相带绕组的电流均由直流分量和基波分量构成；
两个定子(1)上的两套发电绕组(1-3)对应相串联或并联在一起后，其引出线与多相整流器的交流输入端相连。
CN202010800065.XA 2020-08-11 2020-08-11 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统 Active CN111953161B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010800065.XA CN111953161B (zh) 2020-08-11 2020-08-11 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010800065.XA CN111953161B (zh) 2020-08-11 2020-08-11 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111953161A true CN111953161A (zh) 2020-11-17
CN111953161B CN111953161B (zh) 2023-06-30

Family

ID=73332136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010800065.XA Active CN111953161B (zh) 2020-08-11 2020-08-11 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111953161B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112520065A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 中国运载火箭技术研究院 一种月面电磁发射系统及方法
CN112910015A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 哈尔滨工业大学 永磁体励磁有功与无功功率控制系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106787495A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 天津大学 一种三相永磁同步电机定子分段及组装方法
CN108390529A (zh) * 2018-03-21 2018-08-10 哈尔滨工业大学 双定子永磁同步电机
CN208112352U (zh) * 2018-04-24 2018-11-16 北京金风科创风电设备有限公司 模块化定子及风力发电机组
CN109891726A (zh) * 2016-09-05 2019-06-14 利尼尔实验室有限责任公司 一种改进的多隧道电动机/发电机
CN110460218A (zh) * 2019-09-20 2019-11-15 哈尔滨工业大学 定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统
CN110601482A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 哈尔滨工业大学 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统
CN110611381A (zh) * 2019-09-27 2019-12-24 南京理工大学 一种鼓式分布绕组轴向混合励磁电机

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019122127A (ja) * 2017-12-29 2019-07-22 合同会社エネオン総合研究所 自律運転型回転電気機械の運転方法、自律運転型回転電気機械及びこれを利用した電気自動車用動力源並びに自律運転型発電装置
JP2020092585A (ja) * 2018-12-04 2020-06-11 株式会社ソシオリカ ハイブリッド界磁方式アキシャルエアギャップ型同期発電機ならび同期電動機に

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109891726A (zh) * 2016-09-05 2019-06-14 利尼尔实验室有限责任公司 一种改进的多隧道电动机/发电机
CN106787495A (zh) * 2016-12-26 2017-05-31 天津大学 一种三相永磁同步电机定子分段及组装方法
CN108390529A (zh) * 2018-03-21 2018-08-10 哈尔滨工业大学 双定子永磁同步电机
CN208112352U (zh) * 2018-04-24 2018-11-16 北京金风科创风电设备有限公司 模块化定子及风力发电机组
CN110460218A (zh) * 2019-09-20 2019-11-15 哈尔滨工业大学 定子磁路控制飞轮脉冲发电机系统
CN110601482A (zh) * 2019-09-20 2019-12-20 哈尔滨工业大学 轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统
CN110611381A (zh) * 2019-09-27 2019-12-24 南京理工大学 一种鼓式分布绕组轴向混合励磁电机

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112520065A (zh) * 2020-11-30 2021-03-19 中国运载火箭技术研究院 一种月面电磁发射系统及方法
CN112910015A (zh) * 2021-01-18 2021-06-04 哈尔滨工业大学 永磁体励磁有功与无功功率控制系统
CN112910015B (zh) * 2021-01-18 2023-02-07 哈尔滨工业大学 永磁体励磁有功与无功功率控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111953161B (zh) 2023-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111900848B (zh) 三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
Nagorny et al. Design aspects of a high speed permanent magnet synchronous motor/generator for flywheel applications
CN110601482B (zh) 轴向磁场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
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
Fei et al. Design and analysis of high-speed coreless axial flux permanent magnet generator with circular magnets and coils
CN110545021B (zh) 混合励磁多相磁阻电机及发电系统
CN110492665B (zh) 内嵌永磁体转子飞轮脉冲同步发电机系统
CN110504789B (zh) 模块化飞轮脉冲发电机系统
CN111181262B (zh) 一种使用绕组内置磁通调制环的定子结构
CN110994821B (zh) 一种使用轴向分段式磁滞环的磁通调制定子结构
CN111953161B (zh) 双绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统
CN105186749B (zh) 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机
CN205081652U (zh) 一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机
US20100289368A1 (en) Alternator with angularly staggered stator stages
Anitha et al. Design and analysis of axial flux permanent magnet machine for wind power applications
Nataraj et al. Modeling and FEA analysis of axial flux PMG for low speed wind turbine applications
CN110601619B (zh) 混合励磁飞轮脉冲同步发电机系统
Sezenoğlu et al. Design of axial flux permanent magnet generator for generator driven electromagnetic launcher
CN110504810B (zh) 并联磁路混合励磁磁阻电机系统
CN110545026A (zh) 定子励磁飞轮脉冲感应发电机系统
Noroozi et al. Passive-rotor disk-shaped transverse-flux permanent-magnet generator for small wind turbine application
Nazlibilek et al. Air gap effect on the AFPM generator (inner rotor) performance
CN117239969B (zh) 一种外转子可变磁通交替极永磁同步电机

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