[发明专利]模块化飞轮脉冲发电机系统

说明书

模块化飞轮脉冲发电机系统，属于电机和电力电子技术领域，本发明为解决现有飞轮脉冲发电机组存在因机组轴系长、转速低导致的功率密度低、能量密度低、体积重量大问题；及可靠性低、成本高问题。本发明包括输入逆变器、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；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。

技术领域

本发明属于电机和电力电子技术领域，涉及飞轮发电机结构。

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

本发明目的是为了解决现有飞轮脉冲发电机组存在因机组轴系长、转速低导致的系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题；及可靠性低、成本高的问题，提供了一种模块化飞轮脉冲发电机系统。

本发明所述模块化飞轮脉冲发电机系统包括输入逆变器、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；

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。

优选地，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。