一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的制作方法
【專利摘要】一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，屬于電機(jī)和脈沖功率領(lǐng)域。為了解決目前的補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的體積大和可靠性差的問(wèn)題。它包括機(jī)殼、補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)主軸；補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子均固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的定子和電動(dòng)機(jī)的定子均固定在機(jī)殼的內(nèi)表面；所述電動(dòng)機(jī)為高速永磁式同步電動(dòng)機(jī)，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)為空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)。它適用于小型化與可移動(dòng)化的電磁發(fā)射裝置中的補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組。
【專利說(shuō)明】一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，屬于電機(jī)和脈沖功率領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率脈沖電源是電磁發(fā)射系統(tǒng)中的重要部件，它為電磁發(fā)射裝置提供發(fā)射所需的能量和脈沖功率。補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)(見(jiàn)Weldon et al.Compensated Pulsed Alternator,U.S.Patent4200831Apr.29，1980)作為一種新型脈沖功率電源，通過(guò)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)將慣性能轉(zhuǎn)化為電磁發(fā)射系統(tǒng)所需的電能，集儲(chǔ)能、轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)于一體，具有單元件的綜合優(yōu)勢(shì)，被視為理想的脈沖功率電源。
[0003]小型化與可移動(dòng)化是電磁軌道炮等新型電磁發(fā)射裝置的發(fā)展方向，這就要求脈沖電源的結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時(shí)具備更高的能量密度和功率密度。現(xiàn)有的補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組采用電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)三者同軸連接的方式使用(有時(shí)還需配備增速器)，不僅整個(gè)機(jī)組軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)、體積大，而且由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、同軸度難以保證等原因，導(dǎo)致高速下軸承易損壞、傳遞損耗大等問(wèn)題，降低了機(jī)組的可靠性與效率。這種矛盾的存在，使得需要對(duì)現(xiàn)有的補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，特別是動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使機(jī)組結(jié)構(gòu)更加緊湊，并獲得更高的可靠性和效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決目前的補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的體積大和可靠性差的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組。
[0005]本發(fā)明的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，
[0006]它包括機(jī)殼、補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)主軸I
[0007]補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子均固定在旋轉(zhuǎn)主軸上，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的定子和電動(dòng)機(jī)的定子均固定在機(jī)殼的內(nèi)表面；
[0008]所述電動(dòng)機(jī)為高速永磁式同步電動(dòng)機(jī)，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)為空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于，
[0010]1.電動(dòng)機(jī)與補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)共處于一個(gè)機(jī)座內(nèi)，共用一根轉(zhuǎn)軸,節(jié)約了聯(lián)軸器,提高了電動(dòng)機(jī)與脈沖發(fā)電機(jī)的同軸度，并且大大減少機(jī)組的軸向長(zhǎng)度，軸向長(zhǎng)度縮短20%以上，從而提高了電機(jī)的可靠性與能量密度。
[0011]2.電動(dòng)機(jī)采用高速永磁電動(dòng)機(jī)，具有較高的功率密度，且定子繞組專門采用環(huán)形繞組技術(shù)，極大的縮短了定子繞組的端部長(zhǎng)度，使機(jī)組結(jié)構(gòu)更加緊湊。
[0012]3.補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)采用空芯結(jié)構(gòu)，采用強(qiáng)度密度比高的復(fù)合材料作為電機(jī)的結(jié)構(gòu)受力元件，使發(fā)電機(jī)能夠工作在更高的轉(zhuǎn)速，在同體積、質(zhì)量下獲得更高的慣性儲(chǔ)能，提高了機(jī)組的能量密度和功率密度?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，它包括機(jī)殼10、補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)主軸I ;
[0015]補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子7均固定在旋轉(zhuǎn)主軸I上，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的定子和電動(dòng)機(jī)的定子5均固定在機(jī)殼10的內(nèi)表面；
[0016]所述電動(dòng)機(jī)為高速永磁式同步電動(dòng)機(jī)，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)為空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)。
[0017]本實(shí)施方式采用一體式設(shè)計(jì)的補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組構(gòu)成脈沖電源系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)外部輸入的電能拖動(dòng)補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)根據(jù)控制觸發(fā)信號(hào)向外部脈沖功率裝置放電，將轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為脈沖功率裝置所需的電能。電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)一體設(shè)計(jì)同處一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，可以縮短機(jī)組的軸向長(zhǎng)度，使脈沖電源更加緊湊、體積更小。
[0018]本實(shí)施方式所述脈沖發(fā)電機(jī)組應(yīng)用于脈沖功率領(lǐng)域，可作為電磁軌道炮等電磁發(fā)射裝置的脈沖功率電源；它將電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)集成在一體，具有整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、效率高，能量密度和功率密度大等優(yōu)勢(shì)。
[0019]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的進(jìn)一步限定，
[0020]它還包括前端蓋3和后端蓋5，前端蓋3和后端蓋5分別固定機(jī)殼10的兩端，所述前端蓋3、后端蓋5和機(jī)殼10形成相對(duì)密閉的空間；
[0021]所述旋轉(zhuǎn)主軸I分別通過(guò)軸承2與前端蓋3和后端蓋15固定連接，所述旋轉(zhuǎn)主軸I的一端延伸至后端蓋15外側(cè)。
[0022]所述電動(dòng)機(jī)與所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)采用同軸設(shè)計(jì)，節(jié)約了聯(lián)軸器，提高了電動(dòng)機(jī)與脈沖發(fā)電機(jī)的同軸度，不會(huì)因?yàn)殡妱?dòng)軸與發(fā)電機(jī)軸不同心而損壞軸承以及帶來(lái)振動(dòng)，使脈沖發(fā)電機(jī)組運(yùn)行更為可靠，轉(zhuǎn)化效率也更高。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】一或二所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的進(jìn)一步限定，所述空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)還包括集電環(huán)17和電刷16，所述集電環(huán)17和電刷16均固定在旋轉(zhuǎn)主軸I上；
[0024]所述空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的定子包括定子軛11和兩相電樞繞組9 ;定子軛11固定在機(jī)殼10內(nèi)壁上，兩相電樞繞組9固定在定子軛11內(nèi)壁上，
[0025]所述空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軛14、同心式勵(lì)磁繞組13和碳纖維繃帶12 ;轉(zhuǎn)子設(shè)置在機(jī)殼10內(nèi)，且與定子同心，轉(zhuǎn)子軛14套接在旋轉(zhuǎn)主軸I的外表面，轉(zhuǎn)子軛14的外表面粘有同心式勵(lì)磁繞組13，同心式勵(lì)磁繞組13外表面纏繞有碳纖維繃帶12，碳纖維繃帶12與兩相電樞繞組9之間為均勻的氣隙，同心式勵(lì)磁繞組13的末端通過(guò)集電環(huán)17與電刷16實(shí)現(xiàn)電氣連接。
[0026]所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為空芯結(jié)構(gòu)，由復(fù)合材料纏繞而成，同心式勵(lì)磁繞組13粘貼在轉(zhuǎn)子軛14的上表面，轉(zhuǎn)子軛14外部纏繞碳纖維繃帶12固定勵(lì)磁繞組13 ;勵(lì)磁電流通過(guò)后端蓋15外的電刷17與集電環(huán)16裝置引入。[0027]本實(shí)施方式所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)采用空芯結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)受力部件定子軛11和轉(zhuǎn)子軛14由強(qiáng)度密度比高的復(fù)合材料制成，電機(jī)可以運(yùn)行在更高的轉(zhuǎn)速，且磁路不受飽和限制，氣隙磁密可高達(dá)3?6T，從而獲得更高的功率密度。采用兩相電樞繞組設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)兩相電流的脈沖調(diào)制與成形，解耦電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖寬度的制約關(guān)系，從而獲得更高轉(zhuǎn)速與儲(chǔ)能。
[0028]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】三所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的進(jìn)一步限定，
[0029]所述電動(dòng)機(jī)定子5的主繞組采用環(huán)形繞組4 ;所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子7采用2極結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子7的永磁體6采用環(huán)形整體結(jié)構(gòu)且徑向充磁。
[0030]本實(shí)施方式所述電動(dòng)機(jī)采用永磁結(jié)構(gòu)，永磁電動(dòng)機(jī)體積小、功率密度高，可使脈沖發(fā)電機(jī)組更加小型化。電動(dòng)機(jī)定子采用環(huán)形繞組結(jié)構(gòu)，線圈邊之間的連接不從端部而是通過(guò)定子鐵芯軛的外部，相當(dāng)于將繞組軸向端部長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到了定子鐵芯軛部，使繞組端部長(zhǎng)度大大縮短，節(jié)約了電機(jī)的軸向長(zhǎng)度。電動(dòng)機(jī)采用2級(jí)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)下永磁體可采用環(huán)形整體結(jié)構(gòu)，保證高速下轉(zhuǎn)子沿徑向各向同性，有利于轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)平衡，同時(shí)可減小定子繞組電流和鐵芯中磁場(chǎng)的交變頻率，有利于降低高頻附加損耗。
[0031]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】二所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的進(jìn)一步限定，它還包括位置傳感器8，位置傳感器8設(shè)置在前端蓋3的外側(cè)，所述位置傳感器8用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)主軸I的旋轉(zhuǎn)角度。
[0032]通過(guò)位置傳感器8實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的位置，以此為依據(jù)控制放電觸發(fā)角，并根據(jù)電磁發(fā)射裝置的需求向負(fù)載放電。
[0033]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式是對(duì)【具體實(shí)施方式】三所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組的進(jìn)一步限定，所述兩相電樞繞組9的電角度互差90度。
【權(quán)利要求】
1.一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，其特征在于，它包括機(jī)殼(10)、補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)主軸(I); 補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(7)均固定在旋轉(zhuǎn)主軸(I)上，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的定子和電動(dòng)機(jī)的定子(5)均固定在機(jī)殼(10)的內(nèi)表面； 所述電動(dòng)機(jī)為高速永磁式同步電動(dòng)機(jī)，所述補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)為空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，其特征在于，它還包括前端蓋(3)和后端蓋(15)，前端蓋(3)和后端蓋(15)分別固定機(jī)殼(10)的兩端，所述前端蓋(3)、后端蓋(15)和機(jī)殼(10)形成相對(duì)密閉的空間； 所述旋轉(zhuǎn)主軸(I)分別通過(guò)軸承(2)與前端蓋(3)和后端蓋(15)固定連接，所述旋轉(zhuǎn)主軸(I)的一端延伸至后端蓋(15)外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，其特征在于， 所述空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)還包括集電環(huán)(17)和電刷(16)，所述集電環(huán)(17)和電刷(16)均固定在旋轉(zhuǎn)主軸(I)上； 所述空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的定子包括定子軛11和兩相電樞繞組(9);定子軛11固定在機(jī)殼(10)內(nèi)壁上,兩相電樞繞組(9)固定在定子軛11內(nèi)壁上， 所述空芯式交流補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子軛(14)、同心式勵(lì)磁繞組(13)和碳纖維繃帶(12);轉(zhuǎn)子設(shè)置在機(jī)殼(10)內(nèi)，且與定子同心，轉(zhuǎn)子軛(14)套接在旋轉(zhuǎn)主軸(I)的外表面，轉(zhuǎn)子軛(14)的外表面粘有同心式勵(lì)磁繞組(13)，同心式勵(lì)磁繞組(13)外表面纏繞有碳纖維繃帶(12)，碳纖維繃帶(12)與兩相電樞繞組(9)之間為均勻的氣隙，同心式勵(lì)磁繞組(13)的末端通過(guò)集電環(huán)(17)與電刷(16)實(shí)現(xiàn)電氣連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，其特征在于: 所述電動(dòng)機(jī)的定子(5)的主繞組采用環(huán)形繞組(4)； 所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子(7)采用2極結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子(7)的永磁體(6)采用環(huán)形整體結(jié)構(gòu)且徑向充磁。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，其特征在于:它還包括位置傳感器(8 )，位置傳感器(8 )設(shè)置在前端蓋(3 )的外側(cè)，所述位置傳感器(8 )用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)主軸(I)的旋轉(zhuǎn)角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一體式補(bǔ)償脈沖發(fā)電機(jī)組，其特征在于，所述兩相電樞繞組(9)的電角度互差90度。
【文檔編號(hào)】H02K7/20GK103501100SQ201310493005
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】崔淑梅, 趙偉鐸, 萬(wàn)援, 吳紹朋 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)