[发明专利]模块化飞轮脉冲发电机系统

权利要求书

1.模块化飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，包括输入逆变器、轴向磁场结构多气隙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；轴向磁场结构多气隙内嵌永磁体转子同步电机的转子与飞轮合二为一；

电动机状态：轴向磁场结构多气隙内嵌永磁体转子同步电机通过输入逆变器从电网吸取能量，将电能转换成机械能存储起来；

发电机状态：轴向磁场结构多气隙内嵌永磁体转子同步电机将机械能转换成电能，并通过输出整流器向负载供电；

励磁电流调节单元用于在发电机状态时对同步电机气隙磁场进行控制，以保证同步电机在负载及转速变化状态下输出电压保持恒定；

轴向磁场结构多气隙内嵌永磁体转子同步电机包括n个定子(1)、n+1个转子(2)、定子机壳框架(3)和转轴(4)；

n个定子(1)和n+1个转子(2)沿轴向依次交错同轴排列，n个定子(1)固定在定子机壳框架(3)上，n+1个转子(2)固定在转轴(4)上；n个定子(1)和n+1个转子(2)之间存在2n个轴向气隙；

转轴(4)的两端分别穿过前端盖(5)和后端盖(6)并通过轴承(7)转动连接；

定子(1)由h个定子模块(101)拼接构成圆环结构，每个定子模块(101)包括扇形环定子基板(101-1)和m×i个定子绕组(101-2)；m为电机相数，i为正整数；m×i个定子绕组(101-2)沿圆周方向均匀排列在扇形环定子基板(101-1)上；

转子(2)包括转子基板(201)和2p(2s+1)个永磁体(202)，p为极对数，s为正整数；转子基板(201)为圆盘形，在转子基板(201)面向定子(1)的端面上沿周向嵌放2p(2s+1)个永磁体(202)，永磁体(202)沿轴向充磁，属于同一磁极的(2s+1)个永磁体(202)充磁方向相同，相邻两个磁极的永磁体(202)的充磁方向相反；

位于电机两侧的转子(2)的转子基板(201)采用磁性材料，位于电机中间位置的n-1个转子(2)的转子基板(201)采用磁性材料或非磁性材料；

位于电机中间位置的n-1个转子(2)的转子基板(201)采用非磁性材料时，在转子(2)还设置4p个导磁体，在转子基板(201)的每个磁极的永磁体径向外侧、内侧各开设一个轴向通孔，用于嵌放一对导磁体；

采用以下任一方案对转子(2)优化以使气隙磁场接近正弦：

方案一、转子(2)与定子(1)的气隙长度沿周向周期性变化，在每个磁极中心线处气隙长度最小，往磁极两侧的气隙长度逐渐递增；

方案二、转子(2)位于磁极中心线位置永磁体的剩磁或矫顽力最高，往两侧永磁体的剩磁或矫顽力逐渐递减；

方案三、转子(2)位于磁极中心线位置永磁体磁化方向的厚度最大，往两侧永磁体的厚度逐渐递减；位于中心线位置永磁体的圆周方向宽度最大，往其两侧永磁体的宽度逐渐递减；位于中心线位置永磁体的径向高度最大，往其两侧永磁体的径向高度逐渐递减；

励磁电流调节单元采用以下任一方案实现：

方案一、励磁电流调节单元由并联的多相电容器组和多相开关电抗器组构成；多相开关电抗器组由多相电抗器组和多相交流短路开关构成，每相电抗器组由两个电抗器串联而成且为星型联结，多相交流短路开关星型联结，且各相交流短路开关的交流端分别接在两个串联电抗器的连接点上；

方案二、励磁电流调节单元由并联的多相电容器组、多相开关电容器组和多相开关电抗器组构成；多相开关电容器组由多相电容器组和多相交流短路开关构成，各相交流短路开关的交流端分别接在各电容器的尾端上；多相开关电抗器组由多相电抗器组和多相交流短路开关构成，每相电抗器由两个电抗器串联而成且为星型联结，多相交流短路开关星型联结，且各相交流短路开关的交流端分别接在两个串联电抗器的连接点上。

2.根据权利要求1所述模块化飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，定子模块(101)还包括维修把手(101-3)，所述维修把手(101-3)位于扇形环面外圆侧，用于将定子模块(101)从定子机壳框架(3)上拉出。

3.根据权利要求1所述模块化飞轮脉冲发电机系统，其特征在于，位于电机两侧的转子(2)结构相同，在转子基板(201)的内侧端面开设2p(2s+1)个轴向盲孔，用于嵌放永磁体(202)；位于电机中间位置的n-1个转子(2)结构相同，在转子基板(201)上开设2p(2s+1)个轴向通孔，用于嵌放永磁体(202)。