[發明專利]內嵌永磁體轉子飛輪脈沖同步發電機系統

有效

• 申請號: 201910893329.8
• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN110492665B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 寇寶泉;張浩泉;張志華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02K7/02
• 分類號: H02K7/02;H02K21/14;H02P9/38
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高倩

內嵌永磁體轉子飛輪脈沖同步發電機系統，屬于電機領域，本發明為解決現有飛輪脈沖發電機組存在因機組軸系長、轉速低導致的系統的功率密度低、能量密度低、體積重量大的問題；及可靠性低、成本高的問題。本發明包括輸入逆變器、輸入電動機、內嵌永磁體轉子同步電機、輸出整流器、勵磁電流調節單元和慣性飛輪，輸入逆變器的輸出端與輸入電動機的引出線相連；內嵌永磁體轉子同步發電機的電樞繞組輸出端與輸出整流器的交流輸入端相連，內嵌永磁體轉子同步發電機電樞繞組輸出端并接勵磁電流調節單元；輸入電動機的轉子、內嵌永磁體轉子同步發電機的轉子與慣性飛輪同軸連接?？捎米鞔笕萘棵}沖電源，在核聚變試驗技術、等離子體和電磁發射技術等領域具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于電機領域，涉及飛輪脈沖同步發電機結構。

背景技術

飛輪脈沖發電機是利用軸系的大慣量存儲能量、同軸電動/發電機實現機電能量轉換的一種飛輪儲能裝置。目前投入應用或正在開發的飛輪儲能裝置有兩種類型：第一種是儲能與釋能功率等級相當，可用一臺電機交替實現電動和發電功能，中小容量的磁懸浮飛輪儲能系統為這一類型，具有結構緊湊、效率高等特點，一般用作飛輪電池；第二種是儲能功率比釋能功率小一個數量級以上，由兩臺電機分別實現電動和發電功能，大容量交流脈沖發電機組為這一類型，以小功率、長時間存儲能量，大功率、短時間釋放能量，一般用作大容量脈沖電源，可應用于受控核聚變試驗、核爆炸模擬、強流粒子束加速器、高功率脈沖激光器、高功率微波、等離子體和電磁發射技術等領域。

常用飛輪脈沖發電機系統的結構如圖1所示。系統的基本工作原理為：當系統充電時，由外部電網給系統提供能量，經由電力電子器件構成的功率變換器控制并驅動電機，帶動飛輪高速旋轉，達到并保持在恒定高速運行，以動能的方式儲存所需能量，完成從電能到機械能的轉換和能量存儲。當脈沖負載需要供電時，將高速旋轉運行的飛輪當成原動機帶動電機發電運行，經過電力電子變換器輸出適合脈沖負載的電壓與電流，完成能量轉換過程。

傳統的脈沖發電機組通常采用“電動機—飛輪—發電機”的結構形式。驅動電動機通常采用三相感應電動機，而脈沖發動機通常采用多相隱極同步發電機，電動機與發電機同軸旋轉，慣性飛輪安裝在發電機轉軸上。飛輪和發電機采用剛性聯軸器聯接，電動機和飛輪采用柔性聯接，機組有多個軸承來支撐轉子。

但是，該飛輪脈沖發電機組存在如下缺點：整個機組的軸系長、轉速低，系統的功率密度低、能量密度低、體積重量大；脈沖發電機的轉子上有勵磁繞組，采用多級旋轉整流器勵磁，系統的可靠性低、成本高，不適合用于移動平臺中。

發明內容

本發明目的是為了解決現有飛輪脈沖發電機組存在因機組軸系長、轉速低導致的系統的功率密度低、能量密度低、體積重量大的問題；及可靠性低、成本高的問題，提供了一種內嵌永磁體轉子飛輪脈沖同步發電機系統。

本發明所述內嵌永磁體轉子飛輪脈沖同步發電機系統包括輸入逆變器、輸入電動機、內嵌永磁體轉子同步電機、輸出整流器、勵磁電流調節單元和慣性飛輪，輸入逆變器的輸出端與輸入電動機的引出線相連；內嵌永磁體轉子同步發電機的電樞繞組輸出端與輸出整流器的交流輸入端相連，內嵌永磁體轉子同步發電機電樞繞組輸出端并接勵磁電流調節單元；輸入電動機的轉子、內嵌永磁體轉子同步發電機的轉子與慣性飛輪同軸連接。

優選地，內嵌永磁體轉子同步電機包括定子1和轉子2，定子1同軸設置于轉子2外部，定子1與轉子2之間存在徑向氣隙；

定子1包括定子鐵心和多相電樞繞組；

轉子2包括兩個反凸極鐵心201、主鐵心202和轉軸；兩個反凸極鐵心201同軸對稱安裝在主鐵心202軸向兩側；