[发明专利]三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统

说明书

三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，属于电机领域，解决现有的飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，且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，导致系统的可靠性低及利用飞轮脉冲发电机组实现的发电机系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题。发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机、直流输出功率变换器、电动绕组功率变换器和多相整流器；同步电机的磁场控制绕组的引出线与直流输出功率变换器输出端相连；同步电机的电动绕组的引出线与电枢绕组功率变换器的输出端相连；同步电机的发电绕组的引出线与多相整流器的交流输入端相连。本发明在核聚变试验技术、等离子体和电磁发射技术等领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于电机领域。

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。大容量的飞轮脉冲发电机组以小功率、长时间存储能量，以大功率、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13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。

传统的飞轮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。因此，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的飞轮脉冲发电机组轴系长、转速低，且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，导致系统的可靠性低及利用飞轮脉冲发电机组实现的发电机系统的功率密度低、能量密度低、体积重量大的问题，本发明提供了三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统具备以下几种结构。

第一种结构：

参见图1至图7，三绕组轴向磁场多相飞轮脉冲发电机系统，该发电机系统包括轴向磁场多相永磁同步电机，所述轴向磁场多相永磁同步电机包括一个定子1和两个转子2，且三者同轴；两个转子2分别位于定子1轴向两侧，两个转子2机械上固定连接在一起，两个转子2与定子1之间均存在气隙；

定子1包括定子铁心1-1、磁场控制绕组1-2、电动绕组1-3和发电绕组1-4；其中，

定子铁心1-1为圆环形结构，在定子铁心1-1的两个气隙面上均开设有径向槽1-1-1，使定子铁心1-1形成轭部1-1-2和定子齿；每个气隙面上各径向槽1-1-1沿圆周方向均匀分布；

磁场控制绕组1-2为环形绕组，且沿圆周方向上均匀绕在定子铁心1-1的轭部1-1-2；

电动绕组1-3为多相交流绕组，且嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中；

发电绕组1-4为多相交流绕组，且嵌放在定子铁心1-1气隙侧的径向槽1-1-1中或固定在定子铁心1-1的气隙面上；

转子2为表贴永磁体结构、内嵌永磁体结构或Halbach永磁体阵列结构；