CN104734438A - 轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机 - Google Patents

轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机 Download PDF

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Abstract

轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，属于脉冲发电机技术领域。本发明是为了解决目前采用两台电机并行放置，使其同步反向旋转来抵消脉冲发电机放电期间产生的电磁转矩冲击，造成电机体积增大的问题。它包括左转子、定子盘、右转子、两个端盖和机壳，左转子、定子盘和右转子沿轴向依次设置在两个端盖和机壳形成的回柱形空间内，左转子和一个端盖与右转子和另一个端盖在定子盘的两侧呈镜像对称分布；左转子与定子盘之间形成气隙，定子盘和右转子之间形成气隙；左转子包括左转子盘轭、左转子永磁体、左转子补偿盘、左转子绷带、左转子轴和左转子支架；定子盘包括定子支架和定子盘轭。本发明作为一种脉冲发电机。

Description

轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机
技术领域
本发明涉及轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，属于脉冲发电机技术领域。
背景技术
高功率脉冲电源能提供短时强脉冲电流，是电磁发射的重要部件。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，具有很强的应用潜力。
脉冲发电机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。
脉冲发电机放电期间，转速下降很快，会产生极高的电磁转矩冲击，量级达到M·Nm，这会对作战平台产生极大冲击。现在一般采用两台电机并行放置，同步反向旋转，来抵消放电冲击转矩。但是两台电机增大了***体积，并且两个电流输出端口，造成开关控制器件也会加倍，同时还会带来电流并联同步的问题。
发明内容
本发明目的是为了解决目前采用两台电机并行放置，使其同步反向旋转来抵消脉冲发电机放电期间产生的电磁转矩冲击，造成电机体积增大的问题，提供了一种轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机。
本发明所述轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，它包括左转子、定子盘、右转子、两个端盖和机壳，
左转子、定子盘和右转子沿轴向依次设置在两个端盖和机壳形成的回柱形空间内，左转子和一个端盖与右转子和另一个端盖在定子盘的两侧呈镜像对称分布；左转子与定子盘之间形成气隙，定子盘和右转子之间形成气隙；
左转子包括左转子盘轭、左转子永磁体、左转子补偿盘、左转子绷带、左转子轴和左转子支架；
定子盘包括定子支架和定子盘轭；
左转子盘轭为环形圆盘，左转子盘轭通过左转子支架固定在左转子轴的外环表面上，左转子轴通过轴承与对应的一个端盖连接，左转子盘轭的气隙侧表面上依次设置左转子永磁体和左转子补偿盘，左转子盘轭、左转子永磁体和左转子补偿盘的外圆周表面上包裹左转子绷带；
定子盘轭为环形铁芯，定子盘轭的外圆周表面固定在机壳中段的内表面上，定子盘轭的内圆周表面与定子支架的外圆周表面固定连接，定子支架的内圆周表面通过轴承与左转子轴和右转子的右转子轴连接；
定子盘轭的两个气隙侧表面上沿圆周方向均匀开有径向槽，径向槽内嵌放定子电枢绕组。
所述定子电枢绕组为环形绕组结构，共两相绕组，每一相绕组包括四个线圈。
定子电枢绕组的两相绕组为A相绕组和B相绕组，A相绕组由A1、A2、A3和A4四个绕圈组成，B相绕组由B1、B2、B3和B4四个绕圈组成，A1和B1绕圈、A2和B2绕圈、A3和B3绕圈、A4和B4绕圈一一对应组成四个线圈组，四个线圈组沿定子盘轭的圆周方向均匀分布在定子盘轭的内外侧壁表面上，四个线圈组在定子盘轭的侧壁上沿轴向的缠绕方式一致；
对于A1和B1绕圈，A1和B1绕圈分别位于定子盘轭内外侧壁上的线圈边中，B1绕圈的线圈边居中，A1绕圈的线圈边分列两侧，B1绕圈位于定子盘轭端口侧的端口分段将B1绕圈的线圈边首尾顺次连接，A1绕圈位于定子盘轭端口侧的端口分段将A1绕圈的线圈边交叉连接。
左转子永磁体在左转子盘轭上呈Halbach阵列结构，并产生轴向磁场。
左转子补偿盘为环形铝盘。
左转子绷带由碳纤维环氧树脂缠绕而成。
本发明的优点：本发明电机为双转子内定子盘式结构，左转子盘、定子盘和右转子盘由左向右依次同轴心但不同轴设置，左转子盘和右转子盘以定子盘为中心结构对称相同，在运行过程中，通过控制使两转子旋转方向相反。转子补偿盘起放电补偿作用。
使双转子对转，在放电时电磁转矩互相抵消，能降低对作战平台的转矩冲击；双转子采用永磁励磁不设电刷，能够缩小***体积，提高运行可靠性，与现有两台电机并行放置，同步反向旋转，来抵消放电冲击转矩的方式相反，现有方式中具有两个电流输出端口，本发明为单电流输出端口，外部电流控制只需要一套控制器件，不用考虑电流环流的问题，电机控制***更加简单。
本发明将两套电机结构组合为一台对转双转子盘式电机，共用一套电枢绕组，通过对电机双转子的分别设置，实现了左右转子的独立对转，并且在电机放电时左右转子的电磁转矩互相抵消，降低了对作战平台的转矩冲击。同时电机的尺寸与重量也大大的降低。
附图说明
图1是本发明所述轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机的结构示意图；
图2是定子盘轭上定子电枢绕组分布的圆周方向展开示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，它包括左转子、定子盘、右转子、两个端盖7和机壳10，
左转子、定子盘和右转子沿轴向依次设置在两个端盖7和机壳10形成的回柱形空间内，左转子和一个端盖7与右转子和另一个端盖7在定子盘的两侧呈镜像对称分布；左转子与定子盘之间形成气隙，定子盘和右转子之间形成气隙；
左转子包括左转子盘轭1、左转子永磁体2、左转子补偿盘3、左转子绷带4、左转子轴5和左转子支架6；
定子盘包括定子支架8和定子盘轭9；
左转子盘轭1为环形圆盘，左转子盘轭1通过左转子支架6固定在左转子轴5的外环表面上，左转子轴5通过轴承与对应的一个端盖7连接，左转子盘轭1的气隙侧表面上依次设置左转子永磁体2和左转子补偿盘3，左转子盘轭1、左转子永磁体2和左转子补偿盘3的外圆周表面上包裹左转子绷带4；
定子盘轭9为环形铁芯，定子盘轭9的外圆周表面固定在机壳10中段的内表面上，定子盘轭9的内圆周表面与定子支架8的外圆周表面固定连接，定子支架8的内圆周表面通过轴承与左转子轴5和右转子的右转子轴连接；
定子盘轭9的两个气隙侧表面上沿圆周方向均匀开有径向槽，径向槽内嵌放定子电枢绕组。
本实施方式中的电机为双转子内定子盘式结构，左转子、定子盘和右转子由左向右依次同轴心但不同轴设置；定子盘轭9与机壳10通过螺钉固定，定子支架用于固定两组轴承，分别支撑左右转子轴。左转子轴通过左端盖和定子盘侧的轴承固定。本电机在运行过程中，通过控制使左转子和各转子的旋转方向相反。
工作过程：
步骤一：采用原动机拖动双转子旋转，转子达到额定转速后，通过控制离合器将原动机与转子主轴脱开，所述转子靠惯性继续旋转；
步骤二：电枢绕组通过整流桥对低阻抗负载放电，脉冲电流达到kA级，在毫秒时间内电机转速快速下降，释放出大量能量，电磁冲击转矩非常大，双转子对转则可以抵消冲击转矩。
工作原理：
为了在放电时尽可能产生高幅值的电流脉冲，电枢绕组内阻抗应尽可能小。因此电机设计时，电枢绕组匝数小，选取截面积大的导线。同时相比于传统电机，在永磁体与电枢绕组之间放置高电导率的补偿部件——补偿盘，放电时，通过补偿部件内产生的补偿涡流压缩电枢反应磁通，进一步降低电枢绕组瞬时阻抗，从而获得峰值极高的电流脉冲。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述定子电枢绕组为环形绕组结构，共两相绕组，每一相绕组包括四个线圈。
具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，定子电枢绕组的两相绕组为A相绕组和B相绕组，A相绕组由A1、A2、A3和A4四个绕圈组成，B相绕组由B1、B2、B3和B4四个绕圈组成，A1和B1绕圈、A2和B2绕圈、A3和B3绕圈、A4和B4绕圈一一对应组成四个线圈组，四个线圈组沿定子盘轭9的圆周方向均匀分布在定子盘轭9的内外侧壁表面上，四个线圈组在定子盘轭9的侧壁上沿轴向的缠绕方式一致；
对于A1和B1绕圈，A1和B1绕圈分别位于定子盘轭9内外侧壁上的线圈边中，B1绕圈的线圈边居中，A1绕圈的线圈边分列两侧，B1绕圈位于定子盘轭9端口侧的端口分段将B1绕圈的线圈边首尾顺次连接，A1绕圈位于定子盘轭9端口侧的端口分段将A1绕圈的线圈边交叉连接。
本实施方式中每一相绕组的四个线圈可以不同串并联形式组合。四个线圈组共有左右两层，在定子盘的两个气隙侧表面，定子电枢绕组端部连接为环形连接，B相绕组左右线圈边依次连接，A相绕组左右线圈边交叉连接，这样可以避免绕组电势由于相位相反而互相抵消。端部连接完后，每相绕组分别有四个线圈，可以以不同串并联形式组合，匹配不同类型负载。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式一、二或三作进一步说明，左转子永磁体2在左转子盘轭1上呈Halbach阵列结构，并产生轴向磁场。
左转子永磁体2表贴于左转子盘轭1上。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，左转子补偿盘3为环形铝盘。
左转子补偿盘3表贴于左转子永磁体2上，起放电补偿的作用。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式一、二、三、四或五作进一步说明，左转子绷带4由碳纤维环氧树脂缠绕而成。
左转子绷带4用于左转子在高速旋转的情况下不会脱落。

Claims (6)

1.一种轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，其特征在于，它包括左转子、定子盘、右转子、两个端盖(7)和机壳(10)，
左转子、定子盘和右转子沿轴向依次设置在两个端盖(7)和机壳(10)形成的回柱形空间内，左转子和一个端盖(7)与右转子和另一个端盖(7)在定子盘的两侧呈镜像对称分布；左转子与定子盘之间形成气隙，定子盘和右转子之间形成气隙；
左转子包括左转子盘轭(1)、左转子永磁体(2)、左转子补偿盘(3)、左转子绷带(4)、左转子轴(5)和左转子支架(6)；
定子盘包括定子支架(8)和定子盘轭(9)；
左转子盘轭(1)为环形圆盘，左转子盘轭(1)通过左转子支架(6)固定在左转子轴(5)的外环表面上，左转子轴(5)通过轴承与对应的一个端盖(7)连接，左转子盘轭(1)的气隙侧表面上依次设置左转子永磁体(2)和左转子补偿盘(3)，左转子盘轭(1)、左转子永磁体(2)和左转子补偿盘(3)的外圆周表面上包裹左转子绷带(4)；
定子盘轭(9)为环形铁芯，定子盘轭(9)的外圆周表面固定在机壳(10)中段的内表面上，定子盘轭(9)的内圆周表面与定子支架(8)的外圆周表面固定连接，定子支架(8)的内圆周表面通过轴承与左转子轴(5)和右转子的右转子轴连接；
定子盘轭(9)的两个气隙侧表面上沿圆周方向均匀开有径向槽，径向槽内嵌放定子电枢绕组。
2.根据权利要求1所述的轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，其特征在于，所述定子电枢绕组为环形绕组结构，共两相绕组，每一相绕组包括四个线圈。
3.根据权利要求2所述的轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，其特征在于，
定子电枢绕组的两相绕组为A相绕组和B相绕组，A相绕组由A1、A2、A3和A4四个绕圈组成，B相绕组由B1、B2、B3和B4四个绕圈组成，A1和B1绕圈、A2和B2绕圈、A3和B3绕圈、A4和B4绕圈一一对应组成四个线圈组，四个线圈组沿定子盘轭(9)的圆周方向均匀分布在定子盘轭(9)的内外侧壁表面上，四个线圈组在定子盘轭(9)的侧壁上沿轴向的缠绕方式一致；
对于A1和B1绕圈，A1和B1绕圈分别位于定子盘轭(9)内外侧壁上的线圈边中，B1绕圈的线圈边居中，A1绕圈的线圈边分列两侧，B1绕圈位于定子盘轭(9)端口侧的端口分段将B1绕圈的线圈边首尾顺次连接，A1绕圈位于定子盘轭(9)端口侧的端口分段将A1绕圈的线圈边交叉连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，其特征在于，左转子永磁体(2)在左转子盘轭(1)上呈Halbach阵列结构，并产生轴向磁场。
5.根据权利要求1、2或3所述的轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，其特征在于，左转子补偿盘(3)为环形铝盘。
6.根据权利要求1、2或3所述的轴向磁场永磁对转双转子补偿脉冲发电机，其特征在于，
左转子绷带(4)由碳纤维环氧树脂缠绕而成。
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