[发明专利]多边补偿型高功率密度机电能量变换器

说明书

技术领域

本发明涉及电机领域，具体涉及多边补偿型高功率密度机电能量变换器。

背景技术

飞轮储能系统，又称为电动机械电池、飞轮电池，是一种机-电能量转换和储存装置。飞轮储能系统主要由高速飞轮、电动/发电机、轴承支承系统、功率电子变换器、电子控制设备以及附加设备(如真空泵、紧急备用轴承)等组成，是一种积木式的集成系统。图4是传统的飞轮储能系统构成飞轮储能就是利用现代功率电子技术，由电源提供的电能，经功率电子变换器驱动电机带动飞轮高速旋转，飞轮以动能的形式把能量储存起来，从而完成电能-机械能转换的储能过程。电机维持一个恒定的转速，直到接受到一个能量释放的控制信号。当需要给负载供电时，高速旋转的飞轮作为原动机拖动电机发电，经功率变换器输出适用于负载的电流与电压，从而完成机械能-电能转换的释放能量过程。由此，整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。

飞轮储能是一种具有广泛应用前景的新型机械储能技术。现代电动/发电机技术、电力电子技术、新材料技术、磁悬浮技术和控制技术的最新进展，使这一新型储能技术的开发应用成为可能。与其它储能技术相比，飞轮储能具有高比能量、高比功率、高效率、无污染、适用范围广、无噪声、长寿命、维护简单、可实现连续工作、可进行模块化设计制造、使用寿命不受放电深度影响等优点。

但是，图2所示的传统的飞轮储能系统存在以下问题：由于在能量释放过程中飞轮不断减速，永磁同步发电机发出的电压不断降低；另外负载的变化也会影响发电机上电压降的大小，从而影响发电机发出的电压的大小，使得发电机输出的电压调整率大。以及直流母线电压由电源决定，不能任意可调，从而限制了系统的应用范围。

发明内容

本发明解决了现有传统的飞轮储能系统存在的使得发电机输出的电压调整率大，以及直流母线电压由电源决定，不能任意可调，从而限制了系统的应用范围的问题，而提出了一种多边补偿型高功率密度机电能量变换器。

本发明由双绕组混合励磁同步电机、惯性飞轮、逆变器和整流器组成；所述双绕组混合励磁同步电机的定子由机壳、电枢铁心、两套电枢绕组、两个端盖、两个导磁环和两个直流励磁绕组组成；导磁环为中间开有环形槽的环状结构，导磁环安装在端盖的轴向位置，环形的直流励磁绕组嵌放在导磁环的环形槽中；电枢铁心与两套电枢绕组固定于机壳的内表面上；转子由永磁体、导磁轭、导磁端环和转轴组成；导磁轭为2p个形状大小相同的扇形体，导磁轭由p个N极导磁轭和p个S极导磁轭组成，永磁体由2p个切向充磁的永磁体和2p个平行或径向充磁的永磁体组成；切向充磁的永磁体为矩形平板，切向充磁的永磁体沿圆周方向呈辐射状嵌于N极导磁轭和S极导磁轭之间，平行或径向充磁的永磁体设置在N极导磁轭和S极导磁轭上，每相邻两个永磁体的充磁方向相反；导磁轭的N极导磁轭和S极导磁轭沿圆周方向均匀交替排列；导磁端环为四个圆环体，导磁端环由两个N极导磁端环和两个S极导磁端环组成；N极导磁端环的内径大于S极导磁端环的外径；p个N极导磁轭的一侧扇形侧面与一个N极导磁端环的一个环形侧面相连，p个N极导磁轭的另一侧扇形侧面与另一个N极导磁端环的一个环形侧面相连；p个S极导磁轭的一侧扇形侧面与一个S极导磁端环的一个环形侧面相连，p个S极导磁轭的另一侧扇形侧面与另一个S极导磁端环的一个环形侧面相连；导磁轭的内底面套装于转轴的外表面上；N极导磁端环的另一个环形侧面与导磁环的环形槽外侧的外环侧面相对，S极导磁端环的另一个环形侧面与导磁环的环形槽外侧的内环侧面相对，导磁端环与导磁环之间有轴向气隙Φ；双绕组混合励磁同步电机与惯性飞轮同轴相连，双绕组混合励磁同步电机的两套电枢绕组中一套为输入绕组并且与逆变器的输出端相连，双绕组混合励磁同步电机的两套电枢绕组中另一套为输出绕组并且与整流器的交流输入端相连；双绕组混合励磁同步电机的两个直流励磁绕组串联，再串入整流器输出的直流母线上。

本发明通过输入绕组输入交流电能对转速变化进行补偿，通过把输出电流反馈到直流励磁绕组中对输出绕组压降及电枢反应进行补偿，实现了对电压调整率的多边补偿，大大降低了电压调整率；通过采用不同匝数的双绕组结构，实现了输入与输出的电气隔离与电压变换；通过控制电机的转速还可以根据需要任意调整输出电压的大小，实现了机电能量转换系统的最佳匹配。本发明的多边补偿型高功率密度机电能量变换器具有结构简单、可靠性高、电压调整率低、效率高、功率密度大等优点。

附图说明