CN110601619A - 混合励磁飞轮脉冲同步发电机*** - Google Patents

混合励磁飞轮脉冲同步发电机*** Download PDF

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Abstract

混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，属于电机和电力电子技术领域。解决了现有飞轮脉冲发电机组存在整个机组的轴系长、***的功率密度和可靠性低的问题。本发明主要包括输入逆变器、输入电动机、励磁逆变器、励磁发电机、励磁整流器、混合励磁多相同步发电机和输出整流器，本发明同步发电机***作为飞轮储能***具有励磁功率小、效率高、电压调整率小、过载能力强和可靠性高等特点。本发明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。

Description

混合励磁飞轮脉冲同步发电机***
技术领域
本发明属于电机和电力电子技术领域。
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。目前投入应用或正在开发的飞轮储能装置有两种类型：第一种是储能与释能功率等级相当，可用一台电机交替实现电动和发电功能，中小容量的磁悬浮飞轮储能***为这一类型，具有结构紧凑、效率高等特点，一般用作飞轮电池；第二种是储能功率比释能功率小一个数量级以上，由两台电机分别实现电动和发电功能，大容量交流脉冲发电机组为这一类型，以小功率、长时间存储能量，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***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***的结构如图1所示。***的基本工作原理为：当***充电时，由外部电网给***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，而脉冲发动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，***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，***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
本发明是为了解决现有飞轮脉冲发电机组存在整个机组的轴系长、***的功率密度和可靠性低的问题，本发明提供了如下几种混合励磁飞轮脉冲同步发电机***。
第一种结构：
混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器、输入电动/发电机、励磁逆变器、励磁发电机、励磁整流器、混合励磁多相同步发电机、输出整流器、输入整流器；
输入电动/发电机采用永磁同步电机实现，且其定子上绕有一套输出功率绕组；
混合励磁多相同步发电机的定子上设有一套输出功率绕组；
输入逆变器的输入端接入电网，输入逆变器的交流输出端与输入电动/发电机的电源输入端相连，输入电动/发电机输出功率绕组的引出线与输入整流器输入端相连，输入整流器的输出端与励磁逆变器的输入端相连；
励磁逆变器的输出端与励磁发电机的定子绕组引出线相连，励磁发电机的转子绕组引出线与励磁整流器的交流输入端相连，励磁整流器的直流输出端与混合励磁多相同步发电机的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机输出功率绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，输出整流器输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动/发电机的转子依次与励磁发电机的转子、混合励磁多相同步发电机转子同轴连接。
第二种结构：
混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器、输入电动机、励磁逆变器、励磁发电机、励磁整流器、混合励磁多相同步发电机、输出整流器和惯性飞轮；
混合励磁多相同步发电机的定子上设有一套输出功率绕组；
输入逆变器的输入端接入电网，输入逆变器的输出端与输入电动机输出功率绕组的引出线相连；
励磁逆变器的输入端接入电网，励磁逆变器的输出端与励磁发电机的定子绕组引出线相连，励磁发电机的转子绕组引出线与励磁整流器的交流输入端相连，励磁整流器的直流输出端与混合励磁多相同步发电机的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机的输出功率绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，输出整流器输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动机的转子依次与励磁发电机的转子和混合励磁多相同步发电机的转子同轴连接。
第三种结构：
混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器、输入电动/发电机、输入整流器、励磁逆变器、励磁发电机、混合励磁多相同步发电机、励磁整流器和输出整流器；
混合励磁多相同步发电机的定子上绕有一套输出功率绕组；
输入电动/发电机采用永磁同步电机或感应电机实现，且输入电动/发电机定子上设有两套绕组，分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输入逆变器的输入端接入电网，输入逆变器的输出端与输入电动/发电机输入功率绕组的引出线相连，输入电动/发电机的输出功率绕组引出线与输入整流器的交流输入端相连，输入整流器的直流输出端与励磁逆变器的输入端相连；
励磁逆变器的输出端与励磁发电机的定子绕组引出线相连，励磁发电机的转子绕组引出线与励磁整流器的交流输入端相连，励磁整流器的直流输出端与混合励磁多相同步发电机的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机输出功率绕组输出端与输出整流器的交流输入端相连，输出整流器输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动/发电机的转子依次与励磁发电机的转子和混合励磁多相同步发电机的转子同轴连接。
第四种结构：
混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器、励磁逆变器、励磁发电机、励磁整流器、输出整流器、混合励磁多相同步发电机和惯性飞轮；
混合励磁多相同步发电机的定子上设有两套绕组，分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输入逆变器的输入端接入电网，输入逆变器的输出端与混合励磁多相同步发电机输入功率绕组的引出线相连；
励磁逆变器的输入端接入电网，励磁逆变器的输出端与励磁发电机的定子绕组引出线相连，励磁发电机的转子绕组引出线与励磁整流器的交流输入端相连，励磁整流器的直流输出端与混合励磁多相同步发电机的转子励磁绕组输入端相连；
混合励磁多相同步发电机输出功率绕组的引出线与输出整流器的交流输入端相连，输出整流器输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
励磁发电机的转子与混合励磁多相同步发电机的转子同轴连接。
优选的是，上述四种发电机***之一的发电机***中，混合励磁多相同步发电机转子的第一种优选结构为：混合励磁多相同步发电机的转子包括转子铁心、励磁绕组、励磁永磁体；
转子铁心包括主极齿和轭部铁心，主极齿沿圆周方向均匀布置在轭部铁心的外表面；
在每个主极齿上绕有一个励磁线圈，所有的励磁线圈串联在一起构成励磁绕组；
沿圆周方向，相邻两个主极齿之间嵌放一个励磁永磁体，该励磁永磁体切向充磁；沿圆周方向，相邻两个励磁永磁体的充磁方向相反。
混合励磁多相同步发电机转子的第一种优选结构中，更进一步，励磁永磁体为长条形结构。
优选的是，上述四种发电机***之一的发电机***中，混合励磁多相同步发电机转子的第二种优选结构为：混合励磁多相同步发电机的转子包括转子铁心、励磁绕组、励磁永磁体；
转子铁心包括主极齿和轭部铁心，主极齿沿圆周方向均匀布置在轭部铁心的外表面；
在每个主极齿的极靴上，沿轴向开有n个轴向孔，每个主极齿上的n个轴向孔沿圆周方向依次排列，n为正整数；
相邻两个轴向孔之间为磁桥，每个磁桥的周向宽度大于或等于1mm，每个轴向孔内嵌放一块励磁永磁体，励磁永磁体径向充磁或平行充磁，每个主极齿上励磁永磁体的充磁方向相同，相邻主极齿上励磁永磁体的充磁方向相反。
混合励磁多相同步发电机转子的第二种优选结构中，更进一步，轴向孔的径向截面为梯形、扇形或矩形。
上述四种发电机***结构之一所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，还包括惯性飞轮，混合励磁多相同步发电机的转子与惯性飞轮同轴连接，且混合励磁多相同步发电机位于励磁发电机转子与惯性飞轮之间。
本发明带来的有益效果是，本发明涉及混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，发电机通过采用直流电流控制气隙磁场、电励磁与永磁体混合励磁的电磁结构，电励磁磁通路径中无附加气隙，从而使励磁功率小、***效率高；本发明气隙磁场调节简单、调节范围大，使得***输出较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力，并使其过载能力强；且转子没有电刷、滑环，使转子结构简单、强度高、可靠性强，适合高速运行，功率密度高、储能密度高，在同样功率、储能指标下电机体积小。
当混合励磁飞轮脉冲同步发电机***中所有电机的转子惯量足够大时，可以省略惯性飞轮，机组轴系进一步缩短，进一步提高电机***功率密度和能量密度。还可将飞轮与转子合二为一，可实现电动/发电一体化。
本发明所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***作为飞轮储能***具有励磁功率小、效率高、电压调整率小、过载能力强和可靠性高等特点，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。
附图说明
图1为现有技术中常用飞轮脉冲发电机***的结构示意图；
图2为实施例1所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的电气原理示意图；
图3为实施例1所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的机械传动关系图；
图4为实施例2所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的原理示意图；
图4a为实施例2所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的电气原理示意图；
图4b为实施例2所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的机械传动关系图；
图5为实施例3所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的原理示意图；
图5a为实施例3所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的电气原理示意图；
图5b为实施例3所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的机械传动关系图；
图6为实施例4所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的原理示意图；
图6a为实施例4所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的电气原理示意图；
图6b为实施例4所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的机械传动关系图；
图7为混合励磁多相同步发电机的转子的第一种结构示意图；
图8为混合励磁多相同步发电机的转子的第二种结构示意图。
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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，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。
实施例1：
参见图2说明本实施例1，本实施例1所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器1、输入电动/发电机2、励磁逆变器3、励磁发电机4、励磁整流器5、混合励磁多相同步发电机6、输出整流器7、输入整流器8；
输入电动/发电机2采用永磁同步电机实现，且其定子上绕有一套输出功率绕组；
混合励磁多相同步发电机6的定子上设有一套输出功率绕组；
输入逆变器1的输入端接入电网，输入逆变器1的交流输出端与输入电动/发电机2的电源输入端相连，输入电动/发电机2输出功率绕组的引出线与输入整流器8输入端相连，输入整流器8的输出端与励磁逆变器3的输入端相连；
励磁逆变器3的输出端与励磁发电机4的定子绕组引出线相连，励磁发电机4的转子绕组引出线与励磁整流器5的交流输入端相连，励磁整流器5的直流输出端与混合励磁多相同步发电机6的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机6输出功率绕组输出端与输出整流器7的交流输入端相连，输出整流器7输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动/发电机2的转子依次与励磁发电机4的转子、混合励磁多相同步发电机6转子同轴连接。本实施例1中，电网可为交流电网或直流电网，当电网为交流电网时，输入逆变器1为具备整流功能的逆变器，具备整流功能的逆变器对接收的交流电进行整流及逆变后，通过其交流输出端输出的电能给输入电动/发电机2供电；当电网为直流电网时，输入逆变器1直接将接收的直流电转化为交流电，并通过其输入逆变器1交流输出端输出的电能给输入电动/发电机2供电。
工作原理为：本发明所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***作为飞轮储能***，输入电动/发电机2的供电端接入电网，首先在电动阶段，输入电动/发电机2作为电动机使用，使与其同轴相连的励磁发电机4和混合励磁多相同步发电机6加速。当***转速达到额定转速时，输入电动/发电机2切断与电网之间的电连接关系，输入电动/发电机2作为发电机使用，***进入发电阶段，此时，励磁发电机4作为励磁机工作，励磁机转子绕组电流经励磁整流器5后通入混合励磁多相同步发电机6转子励磁绕组，实现了对混合励磁多相同步发电机6的励磁，在混合励磁多相同步发电机6定子上的输出功率绕组中产生感应电动势，接整流器后可为负载提供电流。
现有技术中一般采用多级励磁发电机对混合励磁多相同步发电机6进行励磁供电，多数采用3级，而本实施例1中，由于混合励磁多相同步发电机6的永磁体可提供一部分励磁，相当于起到一个励磁发电机的作用，而本同步发电机***中还存在一个励磁发电机，给混合励磁多相同步发电机6进行励磁供电，使得本实施例1相对于现有技术中3级励磁供电可省略一个励磁发电机，本发明减少减小励磁机数量，由多级到单级，缩短了机组轴系长度。从而提高了功率密度和能量密度高。
本发明混合励磁多相同步发电机6发电机通过采用直流电流控制气隙磁场、电励磁与永磁体混合励磁的电磁结构，电励磁磁通路径中无附加气隙，从而使励磁功率小、***效率高；本发明气隙磁场调节简单、调节范围大，使得***输出较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
实施例2：
参见图4a说明本实施例2，本实施例2所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器1、输入电动机2、励磁逆变器3、励磁发电机4、励磁整流器5、混合励磁多相同步发电机6、输出整流器7和惯性飞轮；
混合励磁多相同步发电机6的定子上设有一套输出功率绕组；
输入逆变器1的输入端接入电网，输入逆变器1的输出端与输入电动机2输出功率绕组的引出线相连；
励磁逆变器3的输入端接入电网，励磁逆变器3的输出端与励磁发电机4的定子绕组引出线相连，励磁发电机4的转子绕组引出线与励磁整流器5的交流输入端相连，励磁整流器5的直流输出端与混合励磁多相同步发电机6的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机6的输出功率绕组输出端与输出整流器7的交流输入端相连，输出整流器7输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动机2的转子依次与励磁发电机4的转子和混合励磁多相同步发电机6的转子同轴连接。
工作原理为：本发明所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***作为飞轮储能***，励磁发电机4的输入端接电网，电网给励磁发电机4提供励磁电能，使励磁发电机4产生励磁磁场，另一方面，电网还给输入电动机2的运行提供启动电能，***在具体工作过程中，输入电动/发电机2的供电端接入电网，首先在电动阶段，输入电动/发电机2作为电动机使用，使与其同轴相连的励磁发电机4和混合励磁多相同步发电机6加速。当***转速达到额定转速时，输入电动/发电机2切断与电网之间的电连接关系，***进入发电阶段，此时，励磁发电机4作为励磁机工作，励磁机定子绕组通入三相电流，高速旋转的励磁发电机4切割气隙磁场，在励磁机转子绕组中产生感应电动势，进而产生感应电流，励磁电流通过励磁整流器5、直接通入混合励磁多相同步发电机转子励磁绕组，实现了对混合励磁多相同步发电机6的励磁，在混合励磁多相同步发电机6定子上的输出功率绕组中产生感应电动势，接整流器后可为负载提供电流。
现有技术中通常采用3级励磁发电机对混合励磁多相同步发电机6进行励磁供电，而本实施例2中，由于混合励磁多相同步发电机6采用混合励磁的方式进行发电，由于混合励磁多相同步发电机6的永磁体可提供一部分励磁，相当于起到一个励磁发电机的作用，减小励磁功率，而本同步发电机***中还存在一个励磁发电机，给混合励磁多相同步发电机6进行励磁供电，使得本实施例1相对于现有技术中3级励磁供电可省略一个励磁发电机，本发明减少减小励磁机数量，由多级到单级，缩短了机组轴系长度。从而提高了功率密度和能量密度高。
本发明混合励磁多相同步发电机6发电机通过采用直流电流控制气隙磁场、电励磁与永磁体混合励磁的电磁结构，电励磁磁通路径中无附加气隙，从而使励磁功率小、***效率高；本发明气隙磁场调节简单、调节范围大，使得***输出较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
实施例3：
参见图5a说明本实施例3，本实施例3所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器1、输入电动/发电机2、输入整流器3、励磁逆变器4、励磁发电机5、混合励磁多相同步发电机6、励磁整流器7和输出整流器8；
混合励磁多相同步发电机6的定子上绕有一套输出功率绕组；
输入电动/发电机2采用永磁同步电机实现，且其定子上设有两套绕组，分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输入逆变器1的输入端接入电网，输入逆变器1的输出端与输入电动/发电机2输入功率绕组的引出线相连，输入电动/发电机2的输出功率绕组引出线与输入整流器3的交流输入端相连，输入整流器3的直流输出端与励磁逆变器4的输入端相连；
励磁逆变器4的输出端与励磁发电机5的定子绕组引出线相连，励磁发电机5的转子绕组引出线与励磁整流器7的交流输入端相连，励磁整流器7的直流输出端与混合励磁多相同步发电机6的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机6输出功率绕组输出端与输出整流器8的交流输入端相连，输出整流器8输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动/发电机2的转子依次与励磁发电机5的转子和混合励磁多相同步发电机6的转子同轴连接。
工作原理为：本发明所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***作为飞轮储能***，输入电动/发电机2的供电端接入电网，为输入电动/发电机2运行提供启动电能，首先在电动阶段，输入电动/发电机2作为电动机使用，使与其同轴相连的励磁发电机5和混合励磁多相同步发电机6加速。当***转速达到额定转速时，输入电动/发电机2切断与电网之间的电连接关系，输入电动/发电机2作为发电机使用，输入电动/发电机2作为电动机给励磁发电机5提供电能，***进入发电阶段，此时，励磁发电机5作为励磁机工作，励磁机转子绕组电流经励磁整流器4后通入混合励磁多相同步发电机6转子励磁绕组，实现了对混合励磁多相同步发电机6的励磁，在混合励磁多相同步发电机6定子上的输出功率绕组中产生感应电动势，接整流器后可为负载提供电流。
本实施3中，如同实施例1和2相同，由多级励磁变成单级励磁，整个***结构简单，缩短了机组轴系长度，从而提高了功率密度和能量密度高。
本发明混合励磁多相同步发电机6发电机通过采用直流电流控制气隙磁场、电励磁与永磁体混合励磁的电磁结构，电励磁磁通路径中无附加气隙，从而使励磁功率小、***效率高；本发明气隙磁场调节简单、调节范围大，使得***输出较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
实施例4：
参见图6a说明本实施例4，本实施例4所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，包括输入逆变器1、励磁逆变器2、励磁发电机3、励磁整流器4、输出整流器5、混合励磁多相同步发电机6和惯性飞轮；
混合励磁多相同步发电机6的定子上设有两套绕组，分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输入逆变器1的输入端接入电网，输入逆变器1的输出端与混合励磁多相同步发电机6输入功率绕组的引出线相连；
励磁逆变器2的输入端接入电网，励磁逆变器2的输出端与励磁发电机3的定子绕组引出线相连，励磁发电机3的转子绕组引出线与励磁整流器4的交流输入端相连，励磁整流器4的直流输出端与混合励磁多相同步发电机6的转子励磁绕组输入端相连；
混合励磁多相同步发电机6输出功率绕组的引出线与输出整流器5的交流输入端相连，输出整流器5输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
励磁发电机3的转子与混合励磁多相同步发电机6的转子同轴连接。
工作原理为：本发明所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***作为飞轮储能***，混合励磁多相同步发电机6和励磁发电机3的供电端均接入电网，首先在电动阶段，通过输入逆变器1接混合励磁多相同步发电机6的输入功率绕组，使与混合励磁多相同步发电机6同轴相连的励磁发电机3加速。当***转速达到额定转速时，混合励磁多相同步发电机6切断与电网之间的电连接关系，混合励磁多相同步发电机6作为发电机使用，***进入发电阶段，此时，励磁发电机4作为励磁机工作，励磁机转子绕组电流经励磁整流器7后通入混合励磁多相同步发电机6转子励磁绕组，实现了对混合励磁多相同步发电机6的励磁，在混合励磁多相同步发电机6定子上的输出功率绕组中产生感应电动势，接整流器后可为负载提供电流。
本实施例4中，混合励磁多相同步发电机6的定子上设有两套绕组，去除输入电动机，省略了一个电动机，使得电机组的整个轴系变短。
本发明混合励磁多相同步发电机6发电机通过采用直流电流控制气隙磁场、电励磁与永磁体混合励磁的电磁结构，电励磁磁通路径中无附加气隙，从而使励磁功率小、***效率高；本发明气隙磁场调节简单、调节范围大，使得***输出较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
(一)本发明还提供了混合励磁多相同步发电机6转子的两种具体结构：其中，
参见图7更进一步说明适用于实施例1至4之一所述混合励磁多相同步发电机6转子的第一种结构，本优选实施方式中，
混合励磁多相同步发电机6的转子包括转子铁心6-1、励磁绕组6-2、励磁永磁体6-3；
转子铁心6-1包括主极齿6-1-1和轭部铁心6-1-2，主极齿沿圆周方向均匀布置在轭部铁心6-1-2的外表面；
在每个主极齿6-1-1上绕有一个励磁线圈，所有的励磁线圈串联在一起构成励磁绕组6-2；
沿圆周方向，相邻两个主极齿6-1-1之间嵌放一个励磁永磁体6-3，该励磁永磁体6-3切向充磁；沿圆周方向，相邻两个励磁永磁体6-3的充磁方向相反。
更进一步的，励磁永磁体6-3的优选实施方式为，励磁永磁体6-3为长条形结构。
本优选实施方式中，转子没有电刷、滑环，转子结构简单、强度高、可靠性高，适合高速运行，维护方便；电励磁磁通路径中无附加气隙，励磁功率小、***效率高；气隙磁场调节简单、调节范围大、励磁功率小，具有较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
参见图8更进一步说明适用于实施例1至4之一所述混合励磁多相同步发电机6转子的第二种结构，本优选实施方式中，
混合励磁多相同步发电机6的转子包括转子铁心6-1、励磁绕组6-2、励磁永磁体6-3；
转子铁心6-1包括主极齿6-1-1和轭部铁心6-1-2，主极齿6-1-1沿圆周方向均匀布置在轭部铁心6-1-2的外表面；
在每个主极齿6-1-1的极靴上，沿轴向开有n个轴向孔，每个主极齿6-1-1上的n个轴向孔沿圆周方向依次排列，n为正整数；
相邻两个轴向孔之间为磁桥，每个磁桥的周向宽度大于或等于1mm，每个轴向孔内嵌放一块励磁永磁体6-3，励磁永磁体6-3径向充磁或平行充磁，每个主极齿6-1-1上励磁永磁体6-3的充磁方向相同，相邻主极齿6-1-1上励磁永磁体6-3的充磁方向相反。
更进一步的，励磁永磁体6-3的优选实施方式为，轴向孔的径向截面为梯形、扇形或矩形。
本优选实施方式中，转子没有电刷、滑环，转子结构简单、强度高、可靠性高，适合高速运行，维护方便；电励磁磁通路径中无附加气隙，励磁功率小、***效率高；气隙磁场调节简单、调节范围大、励磁功率小，具有较宽的电压调节能力或宽范围变速恒压输出能力。
参见图3、图4b、图5b、和图6b说明实施例1至4之一所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***的优选实施例，本优选实施例为，所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***还可包括惯性飞轮，混合励磁多相同步发电机6的转子与惯性飞轮同轴连接，且混合励磁多相同步发电机6位于励磁发电机转子与惯性飞轮之间。
本优选实施方式中，当混合励磁飞轮脉冲同步发电机***中所有电机的转子惯量足够大时，可以省略惯性飞轮，。由此使飞轮与转子合二为一，机组轴系进一步缩短，电机***功率密度和能量密度高。
本发明中惯性飞轮只要与整个机组传动***同轴连接即可，但如上述优选实施例中，最为优选的是混合励磁多相同步发电机6位于励磁发电机转子与惯性飞轮之间。
本发明***在放电阶段所需能量：
W1＝Pt，
其中，W1为***发电阶段所需的能量，P为***放电功率，t为***发电时间。
转子在***发电阶段，释放的能量W2为：
其中J为电机转子转动惯量，ωmax为***发电阶段最大转速时对应角速度，ωmin为***发电阶段最小转速时对应角速度。
***转子转动惯量Jr为：
式中mr为电机转子质量，D2为转子外径。
***中飞轮的作用是利用大惯量旋转飞轮存储的动能，为***发电阶段提供能量。由于转子本身具有转动惯量，当W2＞W1时，***中电机转子转动惯量满足***发电阶段要求，可以实现飞轮与转子一体化设计，此种情况，可不需要设计额外的飞轮。
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，并且可以设计出其它的布置，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它所述实施例。

Claims (9)

1.混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，包括输入逆变器(1)、输入电动/发电机(2)、励磁逆变器(3)、励磁发电机(4)、励磁整流器(5)、混合励磁多相同步发电机(6)、输出整流器(7)、输入整流器(8)；
输入电动/发电机(2)采用永磁同步电机实现，且其定子上绕有一套输出功率绕组；
混合励磁多相同步发电机(6)的定子上设有一套输出功率绕组；
输入逆变器(1)的输入端接入电网，输入逆变器(1)的交流输出端与输入电动/发电机(2)的电源输入端相连，输入电动/发电机(2)输出功率绕组的引出线与输入整流器(8)输入端相连，输入整流器(8)的输出端与励磁逆变器(3)的输入端相连；
励磁逆变器(3)的输出端与励磁发电机(4)的定子绕组引出线相连，励磁发电机(4)的转子绕组引出线与励磁整流器(5)的交流输入端相连，励磁整流器(5)的直流输出端与混合励磁多相同步发电机(6)的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机(6)输出功率绕组输出端与输出整流器(7)的交流输入端相连，输出整流器(7)输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动/发电机(2)的转子依次与励磁发电机(4)的转子、混合励磁多相同步发电机(6)转子同轴连接。
2.混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，包括输入逆变器(1)、输入电动机(2)、励磁逆变器(3)、励磁发电机(4)、励磁整流器(5)、混合励磁多相同步发电机(6)、输出整流器(7)和惯性飞轮；
混合励磁多相同步发电机(6)的定子上设有一套输出功率绕组；
输入逆变器(1)的输入端接入电网，输入逆变器(1)的输出端与输入电动机(2)输出功率绕组的引出线相连；
励磁逆变器(3)的输入端接入电网，励磁逆变器(3)的输出端与励磁发电机(4)的定子绕组引出线相连，励磁发电机(4)的转子绕组引出线与励磁整流器(5)的交流输入端相连，励磁整流器(5)的直流输出端与混合励磁多相同步发电机(6)的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机(6)的输出功率绕组输出端与输出整流器(7)的交流输入端相连，输出整流器(7)输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动机(2)的转子依次与励磁发电机(4)的转子和混合励磁多相同步发电机(6)的转子同轴连接。
3.混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，包括输入逆变器(1)、输入电动/发电机(2)、输入整流器(3)、励磁逆变器(4)、励磁发电机(5)、混合励磁多相同步发电机(6)、励磁整流器(7)和输出整流器(8)；
混合励磁多相同步发电机(6)的定子上绕有一套输出功率绕组；
输入电动/发电机(2)采用永磁同步电机或感应电机实现，且输入电动/发电机(2)定子上设有两套绕组，分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输入逆变器(1)的输入端接入电网，输入逆变器(1)的输出端与输入电动/发电机(2)输入功率绕组的引出线相连，输入电动/发电机(2)的输出功率绕组引出线与输入整流器(3)的交流输入端相连，输入整流器(3)的直流输出端与励磁逆变器(4)的输入端相连；
励磁逆变器(4)的输出端与励磁发电机(5)的定子绕组引出线相连，励磁发电机(5)的转子绕组引出线与励磁整流器(7)的交流输入端相连，励磁整流器(7)的直流输出端与混合励磁多相同步发电机(6)的转子励磁绕组输入端相连，混合励磁多相同步发电机(6)输出功率绕组输出端与输出整流器(8)的交流输入端相连，输出整流器(8)输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
输入电动/发电机(2)的转子依次与励磁发电机(5)的转子和混合励磁多相同步发电机(6)的转子同轴连接。
4.混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，包括输入逆变器(1)、励磁逆变器(2)、励磁发电机(3)、励磁整流器(4)、输出整流器(5)、混合励磁多相同步发电机(6)和惯性飞轮；
混合励磁多相同步发电机(6)的定子上设有两套绕组，分别为输入功率绕组和输出功率绕组；
输入逆变器(1)的输入端接入电网，输入逆变器(1)的输出端与混合励磁多相同步发电机(6)输入功率绕组的引出线相连；
励磁逆变器(2)的输入端接入电网，励磁逆变器(2)的输出端与励磁发电机(3)的定子绕组引出线相连，励磁发电机(3)的转子绕组引出线与励磁整流器(4)的交流输入端相连，励磁整流器(4)的直流输出端与混合励磁多相同步发电机(6)的转子励磁绕组输入端相连；
混合励磁多相同步发电机(6)输出功率绕组的引出线与输出整流器(5)的交流输入端相连，输出整流器(5)输出的直流电用于对脉冲负载进行供电；
励磁发电机(3)的转子与混合励磁多相同步发电机(6)的转子同轴连接。
5.根据权利要求1至4之一所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，混合励磁多相同步发电机(6)的转子包括转子铁心(6-1)、励磁绕组(6-2)、励磁永磁体(6-3)；
转子铁心(6-1)包括主极齿(6-1-1)和轭部铁心(6-1-2)，主极齿沿圆周方向均匀布置在轭部铁心(6-1-2)的外表面；
在每个主极齿(6-1-1)上绕有一个励磁线圈，所有的励磁线圈串联在一起构成励磁绕组(6-2)；
沿圆周方向，相邻两个主极齿(6-1-1)之间嵌放一个励磁永磁体(6-3)，该励磁永磁体(6-3)切向充磁；沿圆周方向，相邻两个励磁永磁体(6-3)的充磁方向相反。
6.根据权利要求5所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，励磁永磁体(6-3)为长条形结构。
7.根据权利要求1至4之一所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，混合励磁多相同步发电机(6)的转子包括转子铁心(6-1)、励磁绕组(6-2)、励磁永磁体(6-3)；
转子铁心(6-1)包括主极齿(6-1-1)和轭部铁心(6-1-2)，主极齿(6-1-1)沿圆周方向均匀布置在轭部铁心(6-1-2)的外表面；
在每个主极齿(6-1-1)的极靴上，沿轴向开有n个轴向孔，每个主极齿(6-1-1)上的n个轴向孔沿圆周方向依次排列，n为正整数；
相邻两个轴向孔之间为磁桥，每个磁桥的周向宽度大于或等于1mm，每个轴向孔内嵌放一块励磁永磁体(6-3)，励磁永磁体(6-3)径向充磁或平行充磁，每个主极齿(6-1-1)上励磁永磁体(6-3)的充磁方向相同，相邻主极齿(6-1-1)上励磁永磁体(6-3)的充磁方向相反。
8.根据权利要求7所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，轴向孔的径向截面为梯形、扇形或矩形。
9.根据权利要求1至4之一所述的混合励磁飞轮脉冲同步发电机***，其特征在于，还包括惯性飞轮，混合励磁多相同步发电机(6)的转子与惯性飞轮同轴连接，且混合励磁多相同步发电机(6)位于励磁发电机转子与惯性飞轮之间。
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