CN112671201B - 补偿脉冲发电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，旨在解决补偿脉冲发电机励磁馈线如何接入励磁绕组的问题，提供了一种补偿脉冲发电机系统，包括设置于定子铁芯、设置于定子铁芯两端的定子绕组、转子、机壳、空心轴、励磁绕组和励磁馈线装置，励磁馈线装置用于构建励磁绕组与外部的连通；励磁馈线装置包括励磁馈线组件和励磁出线组件；励磁馈线组件包括励磁馈线和励磁馈线夹紧组件，励磁馈线通过励磁馈线夹紧组件设置于空心轴的轴孔内部；励磁出线组件设置于空心轴外部，励磁出线组件通过爪极盘组件与励磁馈线组件连通；励磁引线包括第一组励磁引线和第二组励磁引线；爪极盘组件包括相互啮合的两个爪极盘，以进行励磁馈线通过两个爪极盘引出双倍励磁引线。

Description

补偿脉冲发电机系统

技术领域

本发明属于电机技术领域,具体涉及一种补偿脉冲发电机系统。

背景技术

补偿脉冲发电机是一种惯性储能高功率脉冲电源，向负载提供大电流脉冲，其在能量密度和功率密度方面具有综合优势，目前作为高功率驱动电磁炮的高功率脉冲电源得到飞速的发展，此外，在工业领域，还可用于电磁成形、电磁冶炼等，具有广泛的应用前景。

补偿脉冲发电机兼用飞轮储能技术，飞轮储能一般是指电能与飞轮动能之间的双向转化，因此特征是飞轮与电机同轴旋转，实现升速储能，降速释放的功能；飞轮储能具有功率密度高、循环寿命长、响应迅速，能量可观性好以及环境友好的优点。

调研现有专利，国际补偿脉冲发电机相关专利很少，国内专利则大多集中在哈尔滨工业大学、宁波诺丁汉大学、华中科技大学等高校，其中，哈尔滨工业大学的专利大多为特殊结构的补偿脉冲发电机，如自激励磁全空芯被动补偿脉冲发电机、混合励磁补偿脉冲发电机、定子双电枢绕组空芯脉冲发电机实现脉冲放电、轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机、宁波诺丁汉大学申请的双轴补偿脉冲发电机以及华中科技大学申请的永磁轴向磁通电动补偿脉冲发电机等。在这些方案中，大多为特殊结构电机，且没有对励磁馈线进线如何布置提出详细可行的方案；补偿脉冲发电机通常采用无槽励磁绕组和电枢绕组，从而满足高速旋转时降低绕组电感、提高储能密度的需求，常用的补偿脉冲发电机为内转子电机，励磁绕组为位于径向较中间位置，由于电机结构紧凑、各零部件需要紧密配合，且脉冲补偿发电机的放电电流很大，需要完善的绝缘保护，因此，励磁馈线的布置，如何从外部接到励磁绕组线圈，就成为一个难题，也是一个必须要解决的重要问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决补偿脉冲发电机励磁馈线如何接入励磁绕组的问题，本发明提供了一种补偿脉冲发电机系统，包括定子、转子和机壳，其中，所述定子为无铁心结构，定子绕组设置于所述定子的结构内侧，所述定子设置于所述机壳内壁，该发电机系统还包括空心轴、励磁绕组和励磁馈线装置，所述励磁馈线装置用于构建所述励磁绕组与外部的连通；

所述励磁馈线装置包括励磁馈线组件和励磁出线组件；所述励磁馈线组件包括励磁馈线和励磁馈线夹紧组件，所述励磁馈线通过所述励磁馈线夹紧组件设置于所述空心轴的轴孔内部；所述励磁出线组件设置于所述空心轴外部，所述励磁出线组件通过爪极盘组件与所述励磁馈线组件连通，以使所述励磁馈线组件中的励磁馈线穿过所述空心轴、所述爪极盘组件以及所述励磁出线组件中的励磁引线与所述励磁绕组中的励磁线圈连通；所述励磁引线包括第一组励磁引线和第二组励磁引线；

所述爪极盘组件包括第一爪极盘和第二爪极盘，所述第一爪极盘包括第一本体和多个第一爪极，所述第一本体开设有多个第一入线通孔以设置所述励磁馈线；多个所述第一爪极设置于所述第一本体端部，且多个所述第一爪极上均开设有第一出线通孔以设置所述第一组励磁引线；所述第二爪极盘包括第二本体和多个第二爪极，多个所述第二爪极设置于所述第二本体端部，且多个所述第二爪极上均开设有多个第二出线通孔以设置所述第二组励磁引线；多个所述第二爪极与多个所述第一爪极啮合设置。

在一些优选实施例中，所述励磁馈线夹紧组件包括十字星轴和瓦片形夹紧构件，所述十字星轴包括十字本体和设置在所述十字本体周侧的多个第一凸起，多个所述第一凸起沿所述十字本体的长度方向设置；相邻所述第一凸起之间形成凹槽结构；

所述瓦片形夹紧构件包括瓦片形本体和设置于所述瓦片形本体内部的第二凸起，所述第二凸起远离所述瓦片形本体的端部与所述第一凸起远离所述十字本体的端部匹配设置；

所述十字星轴的周侧设置有多个所述瓦片形夹紧构件，多个所述瓦片形夹紧构件与多个所述第一凸起构成多个容纳所述励磁馈线的腔室；多个所述瓦片形夹紧构件与所述十字星轴构成圆柱状结构，并且所述圆柱状结构的外径小于所述空心轴的轴孔内径。

在一些优选实施例中，所述瓦片形夹紧构件为绝缘条状结构。

在一些优选实施例中，所述励磁馈线夹紧组件还包括固定装置，所述固定装置设置于所述瓦片形夹紧构件的外侧，以将多个所述瓦片形夹紧构件固定至所述十字星轴的周侧。

在一些优选实施例中，所述固定装置由绝缘材料制成。

在一些优选实施例中，所述补偿脉冲发电机系统还包括轮辐结构，所述轮辐结构与所述空心轴套设设置，以支撑所述励磁出线组件。

在一些优选实施例中，所述补偿脉冲发电机系统还包括飞轮，所述飞轮为分体式结构。

所述飞轮包括第一飞轮结构和第二飞轮结构，所述第一飞轮结构与所述第二飞轮结构分别设置于所述励磁引线的两侧。

在一些优选实施例中，所述飞轮由碳纤维缠绕制成。

在一些优选实施例中，所述爪极盘组件的外侧设置有环形支架，所述环形支架套设设置。

所述环形支架的周侧开设有与所述励磁引线匹配的通孔。

在一些优选实施例中，所述爪极盘组件设置于所述空心轴的中间。

通过本发明提供的励磁馈线方案，既可满足补偿脉冲发电机的复杂结构紧凑设置，又解决了励磁馈线接入励磁绕组的问题；此外，通过本发明提供的一种分体飞轮结构，既有利于励磁馈线方案的实现，又使飞轮的加工制造、安装、拆卸及维修方面更加方便灵活。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明补偿脉冲发电机系统中的旋转部件结构图及励磁馈线方案的一种具体实施例的示意图；

图2是本发明补偿脉冲发电机系统的一种具体实施例的立体结构示意图；

图3是本发明补偿脉冲发电机系统中的励磁馈线夹紧组件的一种具体实施例的爆炸示意图；

图4是本发明补偿脉冲发电机系统中的爪极盘组件的一种具体实施例的立体结构示意图；

图5是图4中的第二爪极盘的一种具体实施例的结构示意图；

图6是本发明补偿脉冲发电机系统中的空心轴的一种具体实施例的立体结构示意图；

图7是本发明补偿脉冲发电机系统中的飞轮的一种具体实施例的立体结构示意图；

图8是本发明补偿脉冲发电机系统中的励磁馈线进线配合十字星轴安装于空心轴的示意图；

图9是本发明补偿脉冲发电机系统的一种具体实施例的轴向示意图；

图10是本发明补偿脉冲发电机系统中的轮辐的一种具体实施例的轴向示意图。

附图标记说明：1、励磁绕组；2、励磁馈线；3、励磁引线；4、空心轴；5、十字星轴；6、瓦片形绝缘条；7、爪极盘；8、环形支架；9、出线孔；10、飞轮，101、第一飞轮结构，102、第二飞轮结构；11、飞轮衬套；12、护套；13、轮辐；14、端环；15、轴承；16、电刷；17、滑环；18、驱动电机。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

一种补偿脉冲发电机系统，包括定子、转子和机壳，其中，定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组设置于定子铁芯两端，定子铁芯设置于所述机壳内壁，该发电机系统还包括空心轴、励磁绕组和励磁馈线装置，励磁馈线装置用于构建励磁绕组与外部的连通；励磁馈线装置包括励磁馈线组件和励磁出线组件；励磁馈线组件包括励磁馈线和励磁馈线夹紧组件，励磁馈线通过励磁馈线夹紧组件设置于空心轴的轴孔内部；励磁出线组件设置于空心轴外部，励磁出线组件通过爪极盘组件与励磁馈线组件连通，以使励磁馈线组件中的励磁馈线穿过空心轴、爪极盘组件以及励磁出线组件中的励磁引线与励磁绕组中的励磁线圈连通；励磁引线包括第一组励磁引线和第二组励磁引线；爪极盘组件包括第一爪极盘和第二爪极盘，第一爪极盘包括第一本体和多个第一爪极，第一本体开设有多个第一入线通孔以设置励磁馈线；多个第一爪极设置于第一本体端部，且多个第一爪极上均开设有第一出线通孔以设置第一组励磁引线；第二爪极盘包括第二本体和多个第二爪极，多个第二爪极设置于第二本体端部，且多个第二爪极上均开设有多个第二出线通孔以设置第二组励磁引线；多个第二爪极与多个第一爪极啮合设置。通过本发明提供的爪极盘组件，可实现励磁馈线从空心轴到到励磁引线的双倍引出，实现对励磁绕组的连接。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1和附图2，图1是本发明补偿脉冲发电机系统中的旋转部件结构图及励磁馈线方案的一种具体实施例的示意图，图2是本发明补偿脉冲发电机系统的一种具体实施例的立体结构示意图；本发明以四个励磁线圈为例进行详细说明；补偿脉冲发电机系统包括定子(图中未示出)、转子(图中未示出)和机壳(图中未示出)，其中，定子包括定子铁芯和定子绕组，定子绕组设置于定子铁芯两端，定子铁芯设置于机壳内壁，该发电机系统还包括空心轴4、励磁绕组1和励磁馈线装置，励磁馈线装置用于构建励磁绕组与外部的连通；励磁馈线装置包括励磁馈线组件和励磁出线组件；励磁馈线组件包括励磁馈线2和励磁馈线夹紧组件，励磁馈线通过励磁馈线夹紧组件设置于空心轴4的轴孔内部；励磁馈线2由四根铜导体组成；励磁出线组件设置于空心轴外部，励磁出线组件通过爪极盘组件与励磁馈线组件连通，以使励磁馈线组件中的励磁馈线穿过空心轴、爪极盘组件以及励磁出线组件中的励磁引线与励磁绕组中的励磁线圈连通，其中，爪极盘组件为相互啮合的爪极盘7。四根励磁馈线2中的两根根接到一个爪极盘上，另外两根从第一个爪极盘上的孔中穿过，连接到另一个爪极盘上，两个爪极盘各引出四根出线，称为励磁引线3，共八根励磁引线通过空心轴4上的八个出线孔9引出，连接到四个励磁绕组1；八根引线穿过轴、轮辐13、飞轮衬套11、绝缘部件、护套12，一直连接到励磁绕组线圈，对于每个励磁线圈，其进线端连接一根流进电流的励磁引线，出线端连接一根流出电流的励磁引线；八根引线在到达励磁绕组前全程加绝缘保护。

进一步地，电刷16和滑环17位置需要给电刷16引线，位于轴向外侧的电刷可以从轴的端部引线，内侧的电刷则打孔引线。

进一步地，空心轴的外侧套设有两个轴承15，轴承座外侧与电机端盖结构连接。

在本发明中，定子和转子都是无铁芯结构的复合材料，定子和转子间有空气隙；转子结构上的飞轮起储能作用，驱动电机18设置于空心轴的一端，以驱动空心轴转动；飞轮10在转动的空心轴的驱动下与转子各部件同步旋转；进一步地，飞轮10为分体式结构；飞轮的外侧套设有端环14。

参照附图1的同时参照附图4和附图5，图4是本发明补偿脉冲发电机系统中的爪极盘组件的一种具体实施例的立体结构示意图，图5是图4中的第二爪极盘的一种具体实施例的结构示意图；爪极盘组件包括第一爪极盘和第二爪极盘7，第一爪极盘包括第一本体和四个第一爪极，第一本体开设有四个第一入线通孔以设置励磁馈线2；四个第一爪极设置于第一本体端部，且四个第一爪极上均开设有第一出线通孔以设置第一组励磁引线；第二爪极盘包括第二本体和多个第二爪极，多个第二爪极设置于第二本体端部，且四个第二爪极上均开设有四个第二出线通孔以设置第二组励磁引线；四个第二爪极与四个第一爪极啮合设置，即四个第二爪极与四个第一爪极彼此咬合且相互绝缘。四根励磁馈线中的两根根接到第一爪极盘上，另外两根从第一爪极盘上的孔中穿过，连接到第二爪极盘上，第一爪极盘与第二爪极盘各引出四根出线，称为励磁引线3，共八根励磁引线3通过爪极盘组件引出；在本实施例中，除了第一爪极盘上开设的第一入线通孔外，第一爪极盘与第二爪极盘的结构相同设置。

参照附图1的同时参照附图3，图示是本发明补偿脉冲发电机系统中的励磁馈线夹紧组件的一种具体实施例的爆炸示意图；励磁馈线夹紧组件包括十字星轴5和瓦片形绝缘条6，十字星轴包括十字本体和设置在十字本体周侧的四个第一凸起，四个第一凸起沿十字本体的长度方向设置；相邻第一凸起之间形成凹槽结构；瓦片形绝缘条包括瓦片形本体和设置于瓦片形本体内部的第二凸起，第二凸起远离瓦片形本体的端部与第一凸起远离十字本体的端部匹配设置；第二凸起的两边的两个凹弧、相邻第一凸起之间构成的凹槽结构均与励磁馈线的外形匹配设置。

进一步地，参照附图8，图示是本发明补偿脉冲发电机系统中的励磁馈线进线配合十字星轴安装于空心轴的示意图；在本实施例中，十字星轴的周侧设置有四根周向90°的瓦片形绝缘条，四个瓦片形夹紧构件与四个第一凸起构成四个容纳四根励磁馈线2的腔室；四个瓦片形绝缘条与十字星轴构成圆柱状结构，并且圆柱状结构的外径小于空心轴的轴孔内径。

进一步地，励磁馈线夹紧组件还包括固定装置，固定装置设置于瓦片形夹紧构件的外侧，以将多个瓦片形夹紧构件固定至十字星轴的周侧，其中，固定装置由绝缘材料制成；即首先将四根励磁馈线放置在十字星轴的凹槽中，再将四根瓦片形绝缘条安装在四周，然后将安装好的瓦片形绝缘条用绝缘材料绑扎，最后装入空心轴的轴孔中。

进一步地，参照附图6，图示是本发明补偿脉冲发电机系统中的空心轴的一种具体实施例的立体结构示意图；爪极盘组件的外侧设置有环形支架8，环形支架套设设置；环形支架的周侧开设有与励磁引线3匹配的出线孔9。

优选地，爪极盘组件设置于空心轴的中间。

进一步地，空心轴外侧中间部位带有八个出线孔9的环形支架也可以将环形支架设计为八个支架，每个支架为长方形，装在飞轮衬套11上，支架之间用金属材料连成一个圆面。

参照附图7，图示是本发明补偿脉冲发电机系统中的飞轮的一种具体实施例的立体结构示意图；补偿脉冲发电机系统还包括飞轮，飞轮为分体式结构；飞轮包括第一飞轮结构101和第二飞轮结构102，第一飞轮结构与第二飞轮结构分别设置于励磁引线的两侧；基于上述的励磁馈线方案，导线需要从空心轴的中间位置穿出连接到励磁绕组，因此需要综合考虑励磁馈线周边的零部件进行优化设计，基于此，本发明将飞轮设计为分体结构，分别称为左飞轮(即第一飞轮结构101)和右飞轮(即第二飞轮结构102)，左飞轮和右飞轮结构相同，均为有一定厚度的空心圆环结构，可由碳纤维独立缠绕而成，并轴向间隔一定距离安装在飞轮衬套11上，作为储能元件。此外，将飞轮设计为分体结构，更方便制作，对整台电机而言，更方便拆装和维修，结构上更加灵活。

参照附图9和附图10，图9是本发明补偿脉冲发电机系统的一种具体实施例的轴向示意图，图10是本发明补偿脉冲发电机系统中的轮辐的一种具体实施例的轴向示意图；补偿脉冲发电机系统还包括轮辐13，轮辐与空心轴套设设置，以支撑励磁出线组件；即中间带八个孔的三个轮状结构为轮辐，起支撑作用，其中处于轴向中间位置的轮辐的八根支撑导条中间有一个孔状通道，从爪极盘引出的八根励磁导线杆分别穿过这八个支撑导条通道向外辐射设置；在本实施例中，轮幅包含左中右三个，衬套设置于轮幅的外面，飞轮设置于衬套的外面，飞轮外面是励磁绕组线圈，最外面是护套，处于轴向中间位置的轮幅的外侧有个圆环，圆环上有孔，线从中间轮幅的支架里面的通道穿过从圆环的孔里穿出设置。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种补偿脉冲发电机系统，包括定子、转子和机壳，其中，所述定子为无铁心结构，定子绕组设置于所述定子的结构内侧，所述定子设置于所述机壳内壁，其特征在于，该发电机系统还包括空心轴、励磁绕组和励磁馈线装置，所述励磁馈线装置用于构建所述励磁绕组与外部的连通；

所述励磁馈线装置包括励磁馈线组件和励磁出线组件；所述励磁馈线组件包括励磁馈线和励磁馈线夹紧组件，所述励磁馈线通过所述励磁馈线夹紧组件设置于所述空心轴的轴孔内部；所述励磁出线组件设置于所述空心轴外部，所述励磁出线组件通过爪极盘组件与所述励磁馈线组件连通，以使所述励磁馈线组件中的励磁馈线穿过所述空心轴、所述爪极盘组件以及所述励磁出线组件中的励磁引线与所述励磁绕组中的励磁线圈连通；所述励磁引线包括第一组励磁引线和第二组励磁引线；

所述爪极盘组件包括第一爪极盘和第二爪极盘，所述第一爪极盘包括第一本体和多个第一爪极，所述第一本体开设有多个第一入线通孔以设置所述励磁馈线；多个所述第一爪极设置于所述第一本体端部，且多个所述第一爪极上均开设有第一出线通孔以设置所述第一组励磁引线；所述第二爪极盘包括第二本体和多个第二爪极，多个所述第二爪极设置于所述第二本体端部，且多个所述第二爪极上均开设有多个第二出线通孔以设置所述第二组励磁引线；多个所述第二爪极与多个所述第一爪极啮合设置。

2.根据权利要求1所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述励磁馈线夹紧组件包括十字星轴和瓦片形夹紧构件，所述十字星轴包括十字本体和设置在所述十字本体周侧的多个第一凸起，多个所述第一凸起沿所述十字本体的长度方向设置；相邻所述第一凸起之间形成凹槽结构；

所述瓦片形夹紧构件包括瓦片形本体和设置于所述瓦片形本体内部的第二凸起，所述第二凸起远离所述瓦片形本体的端部与所述第一凸起远离所述十字本体的端部匹配设置；

所述十字星轴的周侧设置有多个所述瓦片形夹紧构件，多个所述瓦片形夹紧构件与多个所述第一凸起构成多个容纳所述励磁馈线的腔室；多个所述瓦片形夹紧构件与所述十字星轴构成圆柱状结构，并且所述圆柱状结构的外径小于所述空心轴的轴孔内径。

3.根据权利要求2所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述瓦片形夹紧构件为绝缘条状结构。

4.根据权利要求2所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述励磁馈线夹紧组件还包括固定装置，所述固定装置设置于所述瓦片形夹紧构件的外侧，以将多个所述瓦片形夹紧构件固定至所述十字星轴的周侧。

5.根据权利要求4所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述固定装置由绝缘材料制成。

6.根据权利要求1所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述补偿脉冲发电机系统还包括轮辐结构，所述轮辐结构与所述空心轴套设设置，以支撑所述励磁出线组件。

7.根据权利要求1所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述补偿脉冲发电机系统还包括飞轮，所述飞轮为分体式结构；

所述飞轮包括第一飞轮结构和第二飞轮结构，所述第一飞轮结构与所述第二飞轮结构分别设置于所述励磁引线的两侧。

8.根据权利要求7所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述飞轮由碳纤维缠绕制成。

9.根据权利要求1所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述爪极盘组件的外侧设置有环形支架，所述环形支架套设设置；

所述环形支架的周侧开设有与所述励磁引线匹配的通孔。

10.根据权利要求1所述的补偿脉冲发电机系统，其特征在于，所述爪极盘组件设置于所述空心轴的中间。

Images