CN220857942U - 一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，包括驱动控制器、超导感应子电机、充电控制器及高压充电装置，所述超导感应子电机包括发电部分和电动部分。超导感应子电机的励磁绕组采用超导材料，气隙长度相比常规感应子电机要大，电抗更小，气隙磁密更大，比常规感应子电机功率密度大得多。此外电枢绕组可以布置于气隙中，定子无槽，无齿槽谐波引起的转子涡流损耗；可有效降低电枢绕组挤流效应，绕组铜耗更低，效率更高。电动部分采用磁阻同步电机或者外转子永磁电机结构，且与感应子电机集成一体化，相比外置驱动电机的系统结构相比，更紧凑，电机抽真空更容易，可靠性更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，属于特种电源领域。
背景技术
电容充电脉冲电源是一种在新式装备中具有重要应用的高压、大电流脉冲电源。感应子电机由于转子结构简单，转子边缘线速度可以达到非常高的值，因此非常适合用于储能和发电一体化电机。常规的感应子脉冲发电机，由于励磁绕组功耗限制，励磁磁势有限，导致气隙长度只能取较小值，气隙磁密基波幅值相对较低，这些因素限制了基于感应子脉冲电机的电容充电脉冲电源的功率密度。此外，由于常规感应子电机的定子采用有槽结构形式，一方面导致齿槽谐波磁动势，引起较大的转子涡流损耗；另一方面，由于存在挤流效应，导致绕组铜耗迅速增加。这些将限制基于常规感应子脉冲电机的电容充电脉冲电源的效率。
此外，目前的基于常规感应子脉冲电机的电容充电脉冲电源，均采用外置驱动电机，驱动电机装配在感应子电机前端，系统结构复杂，且不利于电机抽真空。
发明内容
为了克服现有的基于常规感应子脉冲电机的电容充电脉冲电源存在的功率密度和效率不够高，系统结构复杂的问题，本实用新型提供一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，提升电源功率密度和效率，并且集成了电动和发电功能，系统更紧凑、简单，可靠性更高。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案：一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，包括驱动控制器、超导感应子电机、充电控制器及高压充电装置，所述超导感应子电机包括发电部分和电动部分，通过所述驱动控制器和电机电动部分带动电机转子转动，电机发电部分发出的电流通过高压充电装置对电容器进行快速充电，充电控制器根据电容器的电压检测反馈情况，将电容器中储存的能量通过脉冲负载释放。
优选的，所述超导感应子电机包含端盖、机壳、转子、定子铁芯和发电电枢绕组组成的定子电枢、励磁绕组，其中励磁绕组在定子侧，采用超导材料制成。
优选的，所述超导感应子电机的电动部分采用磁阻同步电机或者外转子永磁电机结构，与感应子电机集成一体化，兼具电动和发电功能。
优选的，当所述超导感应子电机的电动部分采用磁阻同步电机结构时，转子由硅钢片叠压而成，定子电枢中还设有驱动电枢绕组，与转子构成磁阻同步电机结构。
优选的，当所述超导感应子电机的电动部分采用外转子永磁电机结构时，转子由合金钢材料铸造而成，在转子的内侧设置有永磁磁钢以及内定子电枢，内定子电枢包括驱动电枢绕组和内定子铁芯，永磁磁钢以及内定子电枢构成外转子永磁电机结构。
有益效果
本实用新型提出的超导感应子电机，电抗更小，气隙磁密更大，比常规感应子电机功率密度大得多。此外无齿槽谐波引起的转子涡流损耗，并且可有效降低电枢绕组挤流效应，绕组铜耗更低，效率更高。与外置驱动电机的系统结构相比，更紧凑，电机抽真空更容易，可靠性更高。本实用新型大幅提升了基于常规感应子脉冲电机的电容充电脉冲电源的功率密度和效率。
附图说明
图1为基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源。
图2为当电动功能部件采用磁阻同步电机结构时，本实用新型的电机结构示意图。
图3为当电动功能部件采用外转子永磁电机结构时，本实用新型的电机结构示意图。
图中各标号：端盖1，机壳2，定子铁芯3，转子4，励磁绕组5，发电电枢绕组6，驱动电枢绕组7，内定子铁芯8，永磁磁钢9。
实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示，本实用新型的一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，包括驱动控制器、超导感应子电机、充电控制器及高压充电装置，所述超导感应子电机包括发电部分和电动部分。基本工作原理如下：首先通过驱动控制器和电机电动部分将电机转子拖动至最高工作转速，驱动控制器由电源进行供电，所述电源可为柴油发电机组或者燃料电池系统。然后，电机发电部分发出的三相交流电通过高压充电装置即三相半控整流桥对电容器进行快速充电，充电控制器根据电容器的电压检测反馈情况，当电容器电压达到设定值时，整流桥关断，并将电容器中储存的能量通过脉冲负载瞬时释放，上述过程即为一个脉冲内的充放电过程。重复上述过程，即可实现重频脉冲输出。充电过程中，脉冲发电机的转子惯性动能转换成电容器的电能，且单脉冲所需动能只占转子总储能的小部分。
如图2和3所示，所述超导感应子电机主要包含端盖1、机壳2、定子铁芯3和发电电枢绕组6组成的定子电枢、转子4、励磁绕组5。其中励磁绕组5在定子侧，采用超导材料。由于励磁绕组在定子侧，易于采用传导冷却方式对励磁线圈进行冷却。且由于励磁绕组5采用超导线圈，可以提供非常大的励磁磁势，因此气隙长度相比常规感应子电机要大，具有更小的电抗，并且它的气隙磁密也比常规感应子电机大。因此，这种超导感应子电机比常规感应子电机功率密度大得多。此外，由于气隙长度很大，电枢绕组可以布置于气隙中，定子无槽，无齿槽谐波引起的转子涡流损耗；另一方面，可有效降低电枢绕组的挤流效应，电枢绕组铜耗更低。因此，基于电动和发电一体化超导感应子电机的电容充电脉冲电源相比基于常规感应子电机的脉冲电源效率和功率密度更高。所述电机集成了电动和发电功能，电动和发电两者互不干扰，可同时工作，也可独立工作。且电动部分在对电机转子加速过程中，电机的铁耗相比发电部分工作时电机的铁耗要小的多。
进一步的，电动部分采用磁阻同步电机或者外转子永磁电机结构，且与感应子电机集成一体化。与外置驱动电机的系统结构相比，更紧凑，电机抽真空更容易，可靠性更高。
如图2所示，当电动部分采用磁阻同步电机结构时，感应子电机的转子4由硅钢片叠压而成，定子电枢中除了设置的发电电枢绕组6，还设置一套电枢绕组为驱动电枢绕组7，与转子4构成磁阻同步电机结构。
如图3所示，当电动部分采用外转子永磁电机结构时，感应子电机的转子4由合金钢材料铸造而成，在转子4内侧设置有永磁磁钢9以及内定子电枢，内定子电枢包含驱动电枢绕组7和内定子铁芯8，永磁磁钢9与内定子电枢构成外转子永磁电机结构。
以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的技术方案基础上，所做出的简单修改、等同变化或修饰，均落入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，其特征在于，包括驱动控制器、超导感应子电机、充电控制器及高压充电装置，所述超导感应子电机包括发电部分和电动部分，通过所述驱动控制器和电机电动部分带动电机转子转动，电机发电部分发出的电流通过高压充电装置对电容器进行快速充电，充电控制器根据电容器的电压检测反馈情况，将电容器中储存的能量通过脉冲负载释放。
2.根据权利要求1所述的一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，其特征在于，所述超导感应子电机包含端盖、机壳、转子、定子铁芯和发电电枢绕组组成的定子电枢、励磁绕组，其中励磁绕组在定子侧，采用超导材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，其特征在于，所述超导感应子电机的电动部分采用磁阻同步电机或者外转子永磁电机结构，与感应子电机集成一体化，兼具电动和发电功能。
4.根据权利要求3所述的一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，其特征在于，当所述超导感应子电机的电动部分采用磁阻同步电机结构时，转子由硅钢片叠压而成，定子电枢中还设有驱动电枢绕组，与转子构成磁阻同步电机结构。
5.根据权利要求3所述的一种基于电动和发电一体化超导感应子电机的脉冲电源，其特征在于，当所述超导感应子电机的电动部分采用外转子永磁电机结构时，转子由合金钢材料铸造而成，在转子的内侧设置有永磁磁钢以及内定子电枢，内定子电枢包括驱动电枢绕组和内定子铁芯，永磁磁钢以及内定子电枢构成外转子永磁电机结构。
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