[发明专利]外转子飞轮脉冲同步发电机系统

说明书

为了解决现有飞轮脉冲发电机组存在整个机组的轴系长、系统的功率密度和可靠性低的问题，本发明提供一种外转子飞轮脉冲同步发电机系统，属于电机和电力电子技术领域。本发明包括输入逆变器、输入电动机、外转子永磁同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；输入逆变器的输出端与输入电动机的引出线连接，输入电动机的转子与外转子永磁同步电机转子同轴连接，外转子永磁同步电机的电枢绕组输出端与输出整流器的交流输入端连接；外转子永磁同步电机电枢绕组输出端连接励磁电流调节单元；电机为反凸极结构，在电机转速下降时，通过控制励磁电流调节单元输出无功电流的大小即可实现系统的输出电压调节，控制容易，励磁功率小。

技术领域

本发明涉及一种外转子飞轮脉冲同步发电机系统，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系统为这一类型，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、核爆炸模拟、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系统的结构如图1所示。系统的基本工作原理为：当系统充电时，由外部电网给系统提供能量，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，而脉冲发电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，系统的功率密度低、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，系统的可靠性低、成本高，不适合用于移动平台中。

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、系统的功率密度和可靠性低的问题，本发明提供了一种外转子飞轮脉冲同步发电机系统。

本发明的一种外转子飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、输入电动机、外转子永磁同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；

输入逆变器的输出端与输入电动机的引出线连接，输入电动机的转子与外转子永磁同步电机转子同轴连接，外转子永磁同步电机的电枢绕组输出端与输出整流器的交流输入端连接；外转子永磁同步电机电枢绕组输出端连接励磁电流调节单元；

外转子永磁同步电机包括定子和转子；二者同轴、且存在气隙，定子(1)位于转子(2)内；

所述转子包括主铁心11、两个反凸极铁心12、永磁体13、支撑盘和转轴；

主铁心11为圆筒形结构，在主铁心11气隙侧沿轴向开有2p(2k+1)个永磁体嵌放槽，各个永磁体嵌放槽沿圆周方向依次排列，p为电机的极对数，k为正整数；

在每个永磁体嵌放槽中嵌放一块永磁体13，永磁体13径向充磁或平行充磁，属于同一极的2k+1个槽中永磁体充磁方向相同，沿圆周方向相邻的属于不同磁极的永磁体嵌放槽中永磁体的充磁方向相反；