CN219458878U - 一种定子结构及脉冲发电机 - Google Patents

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王又珑
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温旭辉
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Abstract

本实用新型涉及发电机技术领域，具体涉及一种定子结构及脉冲发电机，定子结构，包括：定子绕组设有多相线圈；每相线圈设有第一层线圈边和第二层线圈边；第一层线圈边和第二层线圈边沿轴向设置；非同相的第一层线圈边第一端通过集电环连接，第二端与第一放电输出电路连接；非同相的第二层线圈边第三端通过另一个集电环连接，第四端与第二放电输出电路连接；第一端与第三端同侧设置，第二端与第四端同侧设置；脉冲发电机包括：定子结构。本申请的定子绕组采用半开放型绕组，将集电环设置于端部，替代传统定子绕组端部，实现轴向空间有效利用；脉冲发电机反电势更高，定子绕组电感更小，内抗更低，显著提升脉冲发电机的放电性能。

Description

一种定子结构及脉冲发电机
技术领域
本实用新型涉及发电机技术领域，具体涉及一种定子结构及脉冲发电机。
背景技术
高速惯性储能脉冲发电机是一种特殊的脉冲电源，其具有的高功率密度和高储能密度远高于常规的电容或电池式脉冲电源。高速惯性储能脉冲发电机利用补偿原理和磁通压缩原理，极大地削弱电枢绕组的电感，从而获得短时大脉冲电流，具有很强的性能优势。目前脉冲发电机的励磁方式主要有电励磁和永磁励磁两种。相比永磁励磁方式，电励磁方式通过转子励磁电流，构建强气隙磁场，实现转子惯性储能与电枢电能输出的转换。然而，传统的常规成型绕组或跑道型绕组的内抗较高，显著增加脉冲发电机的体积。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于如何改善脉冲发电机的绕组内抗较高且体积较大的现状，基于以上情况，开发一种绕组内抗较低的定子结构十分必要。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种定子结构，适于安装在发电机上，包括：
定子支撑；
定子绕组，安装在定子支撑上，且所述定子绕组设有多相线圈；每相线圈设有第一层线圈边和第二层线圈边；所述第一层线圈边和第二层线圈边均沿着发电机的轴向设置；非同相的第一层线圈边的第一端通过集电环连接，第二端与第一放电输出电路连接；非同相的第二层线圈边的第三端通过另一个集电环连接，第四端与第二放电输出电路连接；所述第一端与第三端同侧设置，所述第二端与第四端同侧设置。
可选地，所述定子绕组为上下分层叠绕排布；所述第一层线圈边为上层绕组边；所述第二层线圈边为下层绕组边。
可选地，所述定子绕组为左右同层排布；所述第一层线圈边为左层绕组边；所述第二层线圈边为右层绕组边。
可选地，所述定子绕组为单根导体、扁线或多根并联的导线。
可选地，所述定子绕组为利兹线。
可选地，所述第一放电输出电路和第二放电输出电路为一个半波整流电路、两个串联的半波整流电路或两个并联的半波整流电路。
可选地，所述定子支撑的材质为非导磁材料。
可选地，所述非导磁材料为玻璃纤维或树脂。
本实用新型还提供一种脉冲发电机，包括：
所述的定子结构；
壳体，所述定子结构安装在壳体内；
转子支撑，设置于所述定子绕组的内部，且转子支撑安装在脉冲发电机设有的转轴上；
励磁元件，安装在转子支撑上；
护套，设置于所述定子绕组的内部，且护套套设在所述转子支撑的外周。
可选地，所述护套的材质为碳纤维；
所述励磁元件为永磁体或励磁绕组。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.本实用新型提供的定子结构，适于安装在发电机上，包括：定子支撑；定子绕组，安装在定子支撑上，且所述定子绕组设有多相线圈；每相线圈设有第一层线圈边和第二层线圈边；所述第一层线圈边和第二层线圈边均沿着发电机的轴向设置；非同相的第一层线圈边的第一端通过集电环连接，第二端与第一放电输出电路连接；非同相的第二层线圈边的第三端通过另一个集电环连接，第四端与第二放电输出电路连接；所述第一端与第三端同侧设置，所述第二端与第四端同侧设置；本申请采用上述技术方案，定子绕组采用半开放型绕组，通过将集电环设置于端部，替代传统形式的定子绕组端部，实现轴向空间的有效利用，有效提升空间利用率；在相同定子绕组长度的限制下，相比传统的绕组形式，发电机的反电势更高，定子绕组的电感更小，内抗更低，能显著提升放电性能。
2.本实用新型所述定子绕组为利兹线；本申请采用上述技术方案，有利于减缓电流的趋肤效应和临近效应。
3.本实用新型提供的脉冲发电机，包括：所述的定子结构；壳体，所述定子结构安装在壳体内；转子支撑，设置于所述定子绕组的内部，且转子支撑安装在脉冲发电机设有的转轴上；励磁元件，安装在转子支撑上；护套，设置于所述定子绕组的内部，且护套套设在所述转子支撑的外周；本申请采用上述技术方案，定子绕组采用半开放型绕组，通过将集电环设置于端部，替代传统形式的定子绕组端部，实现轴向空间的有效利用，有效提升空间利用率；在相同定子绕组长度的限制下，相比传统的绕组形式，脉冲发电机的反电势更高，定子绕组的电感更小，内抗更低，能显著提升脉冲发电机的放电性能；并且通过护套对转子结构进行可靠的保护。
4.本实用新型所述护套的材质为碳纤维；所述励磁元件为永磁体或励磁绕组；本申请采用上述技术方案，具体限定护套的材质，不仅可靠地保护转子结构，而且重量更小，便于携带。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施方式中提供的脉冲发电机的剖视结构示意图；
图2为现有技术中常规成型绕组的结构示意图；
图3为现有技术中常规跑道型绕组的结构示意图；
图4为本实用新型实施方式中提供的上下层绕组的结构示意图一；
图5为本实用新型实施方式中提供的上下层绕组的结构示意图二；
图6为本实用新型实施方式中提供的上下层绕组的结构示意图三；
图7为本实用新型实施方式中提供的上下层绕组的结构示意图四；
图8为本实用新型实施方式中提供的两个半波整流电路串联的结构示意图；
图9为本实用新型实施方式中提供的利兹线的局部立体结构示意图。
附图标记说明：
1、定子；2、转子；3、壳体；4、转轴；5、定子支撑；6、定子绕组；7、集电环；8、护套；9、励磁元件；10、转子支撑；11、利兹线。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的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实用新型的限制。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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图2所示为现有技术中常规成型绕组的结构示意图，如图3所示为现有技术中常规跑道型绕组的结构示意图。针对常规跑道型绕组，定子绕组的总长度L如式(1)所示，
其中，Le为有效长度，Do为定子外径，kd为定子内外径之比，p为发电机极数。
由式(1)可知，极数p越低，定子外径Do越大时，定子绕组的端部长度越长，不仅占用空间，而且显著增加发电机的内抗，严重影响发电机的性能。
对于脉冲发电机，其转子组件兼顾储能和电磁转换功能，转子的转速高，外径大，极数多为4极或6极，定子绕组的端部影响更为显著。由此，本实用新型针对传统的常规成型绕组或跑道型绕组的端部占用空间和增加定子绕组内抗的缺点，采用类似鼠笼的结构，实现轴向空间的有效利用和定子绕组端部的替换，达到增加脉冲发电机放电能力的目的。
如图1、图4至图9所示的定子结构的一种具体实施方式，适于安装在发电机上，包括：定子支撑5和安装在定子支撑5上的定子绕组6。
如图1、图4至图7所示，所述定子绕组6设有多相线圈；每相线圈设有第一层线圈边和第二层线圈边；所述第一层线圈边和第二层线圈边均沿着发电机的轴向设置。非同相的第一层线圈边的第一端通过集电环7连接，第二端与第一放电输出电路连接；非同相的第二层线圈边的第三端通过另一个集电环7连接，第四端与第二放电输出电路连接；所述第一端与第三端同侧设置，所述第二端与第四端同侧设置。所述定子绕组6为上下分层叠绕排布；所述第一层线圈边为上层绕组边；所述第二层线圈边为下层绕组边。所述定子绕组6为单根导体、扁线或多根并联的导线。如图9所示，优选的，所述定子绕组6为利兹线11。所述定子支撑5的材质为非导磁材料。具体的，所述非导磁材料为玻璃纤维或树脂。可以采用环氧树脂整体灌封包裹定子绕组6和集电环7，形成一个整体，再与壳体3进行装配固定。
如图8所示，所述第一放电输出电路和第二放电输出电路为两个串联的半波整流电路。
如图1所示，本实用新型还提供一种脉冲发电机，包括：壳体3、设置于壳体3内的定子1、以及设置于定子1内部的转子2。所述定子1包括：所述的定子结构；所述转子2包括：设置于所述定子绕组6内部的转子支撑10、安装在转子支撑10上的励磁元件9、以及套设在所述转子支撑10外周的护套8。
所述转子支撑10安装在脉冲发电机设有的转轴4上；所述转子支撑10设置于所述定子绕组6的内部。所述护套8的材质为碳纤维；所述励磁元件9为永磁体或励磁绕组。
作为替代的实施方式，将所述定子绕组6为上下分层叠绕排布；所述第一层线圈边为上层绕组边；所述第二层线圈边为下层绕组边，替换为所述定子绕组6为左右同层排布；所述第一层线圈边为左层绕组边；所述第二层线圈边为右层绕组边。
作为替代的实施方式，将所述第一放电输出电路和第二放电输出电路为两个串联的半波整流电路，替换为第一放电输出电路和第二放电输出电路为一个半波整流电路。
作为替代的实施方式，将所述第一放电输出电路和第二放电输出电路为两个串联的半波整流电路，替换为第一放电输出电路和第二放电输出电路为两个并联的半波整流电路。
作为替代的实施方式，将所述护套8的材质为碳纤维，替换所述护套8为高强度非导磁金属材料。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种定子结构，适于安装在发电机上，其特征在于，包括：
定子支撑(5)；
定子绕组(6)，安装在定子支撑(5)上，且所述定子绕组(6)设有多相线圈；每相线圈设有第一层线圈边和第二层线圈边；所述第一层线圈边和第二层线圈边均沿着发电机的轴向设置；非同相的第一层线圈边的第一端通过集电环(7)连接，第二端与第一放电输出电路连接；非同相的第二层线圈边的第三端通过另一个集电环(7)连接，第四端与第二放电输出电路连接；所述第一端与第三端同侧设置，所述第二端与第四端同侧设置。
2.根据权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述定子绕组(6)为上下分层叠绕排布；所述第一层线圈边为上层绕组边；所述第二层线圈边为下层绕组边。
3.根据权利要求1所述的定子结构，其特征在于，所述定子绕组(6)为左右同层排布；所述第一层线圈边为左层绕组边；所述第二层线圈边为右层绕组边。
4.根据权利要求1－3任一项所述的定子结构，其特征在于，所述定子绕组(6)为单根导体、扁线或多根并联的导线。
5.根据权利要求1－3任一项所述的定子结构，其特征在于，所述定子绕组(6)为利兹线(11)。
6.根据权利要求1－3任一项所述的定子结构，其特征在于，所述第一放电输出电路和第二放电输出电路为一个半波整流电路、两个串联的半波整流电路或两个并联的半波整流电路。
7.根据权利要求1－3任一项所述的定子结构，其特征在于，所述定子支撑(5)的材质为非导磁材料。
8.根据权利要求7所述的定子结构，其特征在于，所述非导磁材料为玻璃纤维或树脂。
9.一种脉冲发电机，其特征在于，包括：
如权利要求1－8任一项所述的定子结构；
壳体(3)，所述定子结构安装在壳体(3)内；
转子支撑(10)，设置于所述定子绕组(6)的内部，且转子支撑(10)安装在脉冲发电机设有的转轴(4)上；
励磁元件(9)，安装在转子支撑(10)上；
护套(8)，设置于所述定子绕组(6)的内部，且护套(8)套设在所述转子支撑(10)的外周。
10.根据权利要求9所述的脉冲发电机，其特征在于，
所述护套(8)的材质为碳纤维；
所述励磁元件(9)为永磁体或励磁绕组。
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