[发明专利]轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统

说明书

轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，属于电机和电力电子技术领域，为了解决现有飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大、可靠性低的问题。输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，其输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心和两套多相电枢绕组，两套电枢绕组均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联。本发明的控制简单、效率高、电压调整率小、过载能力强、可靠性高。

技术领域

本发明涉及轴向磁场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。

现有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，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

本发明的目的是为了解决现有飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大、可靠性低的问题，从而提供轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统。

本发明的第一种轴向磁场飞轮脉冲同步发电机系统，包括输入逆变器、轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机、输出整流器和励磁电流调节单元；

输入逆变器的输出端与轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输入功率绕组引出线相连，轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机的输出功率绕组输出端同时与输出整流器的交流输入端和励磁电流调节单元相连；

轴向磁场内嵌永磁体转子同步电机包括两个定子和一个转子，两个定子同轴对称设置在转子的两侧，定子和转子之间设有气隙；每个定子均包括定子铁心14和两套多相电枢绕组15，两套多相电枢绕组15分别为输入功率绕组和输出功率绕组，两套电枢绕组15 均嵌放在定子铁心槽中或均固定在定子铁心气隙面上，两个定子上的输入功率绕组的对应相串联；