[發(fā)明專利]定子雙電樞繞組空芯脈沖發(fā)電機(jī)及其實(shí)現(xiàn)脈沖放電的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010156860.6
• 申請(qǐng)日: 2010-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN101814818A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳紹朋;崔淑梅;宋立偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K39/00
• 分類號(hào): H02K39/00;H02K1/12;H02K1/22;H02K3/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 牟永林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用定子雙電樞繞組空芯脈沖發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖放電的方法，屬于強(qiáng)脈 沖功率源工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作高功率脈沖電源用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)目前主要有單極發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)和補(bǔ)償脈沖發(fā)電 機(jī)。1978年，美國(guó)得克薩斯大學(xué)機(jī)電研究中心的W.F.Weldon等人發(fā)明了補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)， 這種電機(jī)克服了單極發(fā)電機(jī)電壓過低，同步發(fā)電機(jī)電感相對(duì)較大等諸多缺點(diǎn)，并于1980 年獲得美國(guó)專利，見Weldon?W.F.et.al.Compensated?pulsed?Alternator，U.S.patent?4200831 April，29，1980。

補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)慣性儲(chǔ)能電機(jī)。作為一種新型脈沖能源，補(bǔ)償脈沖發(fā) 電機(jī)基于電磁感應(yīng)和磁通壓縮兩個(gè)原理工作，集慣性存儲(chǔ)、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和脈沖成形于一 體，具有“單元件”的綜合優(yōu)勢(shì)。補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)具有功率密度高、儲(chǔ)能密度高、重復(fù)頻 率高和使用壽命高等綜合指標(biāo)優(yōu)勢(shì)。為了滿足緊湊型脈沖功率武器的需求，需要設(shè)計(jì)研發(fā) 具有更高功率密度和能量密度的脈沖源。按照電機(jī)中有無鐵磁材料，補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)分為 鐵芯機(jī)和空芯機(jī)。空芯機(jī)采用比強(qiáng)度比模量高的纖維樹脂復(fù)合材料代替鐵芯機(jī)中的傳統(tǒng)鐵 磁材料。由于纖維樹脂復(fù)合材料不導(dǎo)磁，消除了磁屏蔽，從而降低了繞組的電感，沒有飽 和效應(yīng)，電機(jī)的磁密可以遠(yuǎn)大于鐵芯機(jī)磁密，并降低電機(jī)的質(zhì)量和提高了轉(zhuǎn)速，從而空芯 樣機(jī)獲得了比鐵芯樣機(jī)更高的功率密度和能量密度。

由于空芯機(jī)中沒有導(dǎo)磁的鐵磁材料，因此磁通路徑的磁阻非常大，這就需要很大的磁 動(dòng)勢(shì)來建立勵(lì)磁磁場(chǎng)，即需要很大的勵(lì)磁電流，常規(guī)的它勵(lì)方式難以在有限條件下獲得極 大的勵(lì)磁電流，因此通常采用自勵(lì)的方式。現(xiàn)有空芯式發(fā)電機(jī)，為了提高放電電流的幅值， 會(huì)盡量減少電樞繞組的內(nèi)阻和內(nèi)感，因此采用的電樞繞組通常匝數(shù)較少，并且導(dǎo)線截面積 較大。而在一定的轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁磁場(chǎng)下，反電勢(shì)和匝數(shù)成正比，為了提高自激效率，縮短勵(lì) 磁時(shí)間，又需要提高放電電樞繞組的匝數(shù)。這種矛盾的存在，使得需要設(shè)計(jì)一種電機(jī)，使 它的電樞繞組既不影響放電電流峰值，又可以提高自激效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有空芯式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)電樞繞組匝數(shù)的選擇使放電電 流的幅值與自激效率相矛盾的問題，提供一種采用定子雙電樞繞組空芯脈沖發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)脈 沖放電的方法。

本發(fā)明所述電機(jī)為旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它由機(jī)殼、前端蓋、后端蓋、空芯轉(zhuǎn)子、空芯定子、電 刷和滑環(huán)組成，所述空芯轉(zhuǎn)子和空芯定子的軸線重合，

所述空芯轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子主軸、環(huán)形轉(zhuǎn)子玻璃纖維環(huán)氧樹脂軛、無槽勵(lì)磁繞組、碳纖維 環(huán)氧樹脂繃帶和鋁補(bǔ)償筒；

所述空芯定子包括環(huán)形定子玻璃纖維環(huán)氧樹脂軛、次電樞繞組、玻璃纖維環(huán)氧樹脂繃 帶和主電樞繞組，次電樞繞組和主電樞繞組均為單相無槽繞組；

所述環(huán)形定子玻璃纖維環(huán)氧樹脂軛、次電樞繞組、玻璃纖維環(huán)氧樹脂繃帶和主電樞繞 組從外向內(nèi)順次固定套接，所述環(huán)形定子玻璃纖維環(huán)氧樹脂軛的外表面固定于所述機(jī)殼的 內(nèi)壁上；

前端蓋和后端蓋分別固定在機(jī)殼的兩端，轉(zhuǎn)子主軸設(shè)置于機(jī)殼的內(nèi)部，并且轉(zhuǎn)子主軸 的兩端分別穿出于前端蓋和后端蓋，轉(zhuǎn)子主軸的外表面上從內(nèi)向外順次固定套接環(huán)形轉(zhuǎn)子 玻璃纖維環(huán)氧樹脂軛、無槽勵(lì)磁繞組、碳纖維環(huán)氧樹脂繃帶和鋁補(bǔ)償筒；無槽勵(lì)磁繞組的 兩個(gè)接線端通過導(dǎo)線與設(shè)置于轉(zhuǎn)子主軸上的滑環(huán)和電刷連接；

所述主電樞繞組的內(nèi)表面與鋁補(bǔ)償筒的外表面之間為氣隙。

一種采用定子雙電樞繞組空芯脈沖發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)脈沖放電的方法，它基于下述系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括第一功率變換器、第二功率變換器和啟動(dòng)電容Cs，其中第一功率變換 器有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，所述第一功率變換器的每個(gè)輸入端連接主電樞繞組的一個(gè) 接線端，所述第一功率變換器的兩個(gè)輸出端為脈沖放電輸出端，用于連接用電負(fù)載；第二 功率變換器有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，所述第二功率變換器的每個(gè)輸入端連接次電樞繞 組的一個(gè)接線端，第二功率變換器的兩個(gè)輸出端連接電刷，用來為無槽勵(lì)磁繞組提供自激 勵(lì)磁；啟動(dòng)電容Cs通過一個(gè)可控開關(guān)與電刷并聯(lián)，用于對(duì)無槽勵(lì)磁繞組自激起勵(lì)；

所述實(shí)現(xiàn)脈沖放電的方法包括以下步驟：

步驟一：采用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子主軸，使所述電機(jī)被拖動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速；