一种定转子组合结构及脉冲发电机

1.本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种定转子组合结构及脉冲发电机。


背景技术：

2.高速惯性储能脉冲发电机是一种特殊的脉冲电源，其具有的高功率密度和高储能密度远高于常规的电容式或电池式脉冲电源。高速惯性储能脉冲发电机利用补偿原理和磁通压缩原理，极大地削弱电枢绕组的电感，从而获得短时大脉冲电流，具有很强的性能优势。目前脉冲发电机的励磁方式主要有电励磁和永磁励磁两种。电励磁通过转子励磁电流，构建强气隙磁场，实现转子惯性储能与电枢电能输出的转换。然而，电励磁需要电刷馈电，当转子转速较高且励磁电流较大时，电刷的磨损和烧蚀非常严重，极大地影响电励磁式脉冲电机的可靠性和实用性。而采用永磁励磁方式，无需额外的励磁电流，可靠性高。
3.但是，对于常规的永磁励磁方式的脉冲发电机，其永磁励磁的磁场远小于电励磁磁场，导致相同体积约束下的永磁励磁脉冲发电机的放电能力低于电励磁脉冲发电机。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于如何改善相同体积约束下的永磁励磁脉冲发电机的放电能力低于电励磁脉冲发电机的现状，基于以上情况，开发一种提高永磁励磁脉冲发电机放电能力的结构十分必要。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种定转子组合结构，适于安装在发电机的支撑轴上，包括：
6.定子支撑，套设在支撑轴上；
7.绕组，安装在定子支撑上，且沿支撑轴的轴向和两端面均分布设有所述绕组；
8.转子支撑，设置于所述绕组的外周，且转子支撑通过轴承安装在支撑轴上；
9.永磁体，安装在转子支撑上，且沿支撑轴的轴向和两端面均分布设有所述永磁体。
10.可选地，所述绕组包括：连接设置的第一绕组和第二绕组，所述第一绕组沿支撑轴的轴向设置，所述第二绕组沿所述支撑轴的端面设置。
11.可选地，所述绕组为一体制作。
12.可选地，所述永磁体包括：沿支撑轴的轴向设置的第一永磁体和沿支撑轴的端面设置的第二永磁体。
13.可选地，所述转子支撑的材质为有机材料。
14.可选地，所述转子支撑的材质为金属材料。
15.可选地，所述永磁体内嵌于所述转子支撑中；所述永磁体内嵌的深度大于发电机的工作电频率对应的趋肤深度。
16.可选地，还包括：
17.护套，套设在所述转子支撑的外周。
18.可选地，所述护套的材质为碳纤维。
19.本发明还提供一种脉冲发电机，包括：多个所述的定转子组合结构；多个所述的定转子组合结构间隔并排安装在所述脉冲发电机设有的支撑轴上。
20.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
21.1.本发明提供的定转子组合结构，适于安装在发电机的支撑轴上，包括：定子支撑，套设在支撑轴上；绕组，安装在定子支撑上，且沿支撑轴的轴向和两端面均分布设有所述绕组；转子支撑，设置于所述绕组的外周，且转子支撑通过轴承安装在支撑轴上；永磁体，安装在转子支撑上，且沿支撑轴的轴向和两端面均分布设有所述永磁体；本技术采用上述技术方案，通过空间复用的形式，将径向的圆筒面积和两个端部面积均充分利用，增加绕组与永磁交链的面积，提升放电能力。
22.2.本发明所述转子支撑的材质为金属材料；所述永磁体内嵌于所述转子支撑中；所述永磁体内嵌的深度大于发电机的工作电频率对应的趋肤深度；本技术采用上述技术方案，转子支撑采用金属材料时，转子支撑能起到压缩磁通的作用，提升发电机的放电性能。
23.3.本发明提供的定转子组合结构，还包括：护套，套设在所述转子支撑的外周；本技术采用上述技术方案，通过护套对定转子组合结构的内部进行可靠的保护。
24.4.本发明所述护套的材质为碳纤维；本技术采用上述技术方案，具体限定护套的材质，不仅可靠地保护定转子组合结构的内部，而且重量更小，便于携带。
25.5.本发明提供一种脉冲发电机，包括：多个所述的定转子组合结构；多个所述的定转子组合结构间隔并排安装在所述脉冲发电机设有的支撑轴上；本技术采用上述技术方案，通过空间复用的形式，将径向的圆筒面积和两个端部面积均充分利用，增加绕组与永磁交链的面积，提升脉冲发电机的放电能力，并且通过多个定转子组合结构，倍增脉冲发电机的放电能力。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施方式中提供的定转子组合结构的剖视结构示意图；
28.图2为本发明实施方式中提供的绕组的立体结构示意图一；
29.图3为本发明实施方式中提供的绕组的立体结构示意图二；
30.图4为本发明实施方式中提供的绕组的立体结构示意图三；
31.图5为本发明实施方式中提供的三个定转子组合结构联合使用的剖视结构示意图。
32.附图标记说明：
33.1、定子支撑；2、绕组；3、转子支撑；4、永磁体；5、护套；6、第一绕组；7、第二绕组；8、第一永磁体；9、第二永磁体；10、支撑轴。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
38.如图1至图4所示的定转子组合结构的一种具体实施方式，适于安装在发电机的支撑轴10上，所述定转子组合结构包括：套设在支撑轴10上的定子支撑1、安装在定子支撑1上的绕组2、设置于所述绕组2外周的转子支撑3、安装在转子支撑3上的永磁体4、以及套设在所述转子支撑3外周的护套5；具体的，所述护套5的材质为碳纤维。
39.如图1所示，沿支撑轴10的轴向和两端面均分布设有所述绕组2，绕组2即电枢绕组；所述转子支撑3通过轴承安装在支撑轴10上。具体的，所述转子支撑3的材质为金属材料。所述永磁体4内嵌于所述转子支撑3中；此时将所述定转子组合结构应用于脉冲发电机后，为被动补偿永磁脉冲发电机。所述永磁体4内嵌的深度大于发电机的工作电频率对应的趋肤深度δ。
40.当工作电频率很高的电流通过导线时，可以认为电流只在导线表面上很薄的一层中流过，这等效于导线的截面减小，电阻增大。既然导线的中心部分几乎没有电流通过，就可以把这中心部分除去，以节约材料。因此，在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。空心导线的厚度，则称为趋肤深度δ。
41.趋肤深度δ的一般计算公式如式(1)所示，
[0042][0043]
其中，δ为趋肤深度，又称为穿透深度，单位为m；ω为角频率，计算公式如式(2)所示，单位为rad/s；μ为磁导率，单位为h/m，σ为电导率，单位为s/m。
[0044]
ω＝2πf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0045]
其中，f为工作电频率，即磁场频率。
[0046]
沿支撑轴10的轴向和两端面均分布设有所述永磁体4。所述永磁体4包括：沿支撑轴10的轴向设置的第一永磁体8和沿支撑轴10的端面设置的第二永磁体9。
[0047]
如图1至图4所示，所述绕组2包括：连接设置的第一绕组6和第二绕组7，所述第一绕组6沿支撑轴10的轴向设置，所述第二绕组7沿所述支撑轴10的端面设置；具体的，所述第
一绕组6向内折叠后，与第二绕组7依靠引出线连接。
[0048]
如图5所示，本发明还提供一种脉冲发电机，包括：三个所述的定转子组合结构；三个所述的定转子组合结构间隔并排安装在所述脉冲发电机设有的支撑轴10上。上述定转子组合结构尤其适用于扁平空间的脉冲发电机；使得脉冲发电机的空间布置更加紧凑，整体体积更小。
[0049]
通过上述空间复用的形式，将电枢绕组向内折叠，相应在端面增加永磁体4，增加电枢绕组与永磁交链的面积，提升脉冲发电机的放电性能。相比传统的径向永磁脉冲发电机，磁通交链面积从dg×
π
×
lr增加到其中dg为定转子之间的气隙直径，lr约为电枢绕组的轴向长度。本技术所述的脉冲发电机电枢绕组与永磁交链的面积是传统径向磁场永磁脉冲发电机的倍。当dg大于2lr时，电枢绕组与永磁交链的面积提升1倍以上。
[0050]
作为替代的实施方式，将所述绕组2包括：连接设置的第一绕组6和第二绕组7，替换为所述绕组2为一体制作；沿支撑轴10轴向分布的绕组2向内折叠至支撑轴10的端面。
[0051]
作为替代的实施方式，将所述转子支撑3的材质为金属材料，替换为所述转子支撑3的材质为有机材料。
[0052]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种定转子组合结构，适于安装在发电机的支撑轴(10)上，其特征在于，包括：定子支撑(1)，套设在支撑轴(10)上；绕组(2)，安装在定子支撑(1)上，且沿支撑轴(10)的轴向和两端面均分布设有所述绕组(2)；转子支撑(3)，设置于所述绕组(2)的外周，且转子支撑(3)通过轴承安装在支撑轴(10)上；永磁体(4)，安装在转子支撑(3)上，且沿支撑轴(10)的轴向和两端面均分布设有所述永磁体(4)。2.根据权利要求1所述的定转子组合结构，其特征在于，所述绕组(2)包括：连接设置的第一绕组(6)和第二绕组(7)，所述第一绕组(6)沿支撑轴(10)的轴向设置，所述第二绕组(7)沿所述支撑轴(10)的端面设置。3.根据权利要求1所述的定转子组合结构，其特征在于，所述绕组(2)为一体制作。4.根据权利要求1所述的定转子组合结构，其特征在于，所述永磁体(4)包括：沿支撑轴(10)的轴向设置的第一永磁体(8)和沿支撑轴(10)的端面设置的第二永磁体(9)。5.根据权利要求1－4任一项所述的定转子组合结构，其特征在于，所述转子支撑(3)的材质为有机材料。6.根据权利要求1－4任一项所述的定转子组合结构，其特征在于，所述转子支撑(3)的材质为金属材料。7.根据权利要求6所述的定转子组合结构，其特征在于，所述永磁体(4)内嵌于所述转子支撑(3)中；所述永磁体(4)内嵌的深度大于发电机的工作电频率对应的趋肤深度。8.根据权利要求1－4任一项所述的定转子组合结构，其特征在于，还包括：护套(5)，套设在所述转子支撑(3)的外周。9.根据权利要求8所述的定转子组合结构，其特征在于，所述护套(5)的材质为碳纤维。10.一种脉冲发电机，其特征在于，包括：多个如权利要求1－9任一项所述的定转子组合结构；多个所述的定转子组合结构间隔并排安装在所述脉冲发电机设有的支撑轴(10)上。

技术总结
本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种定转子组合结构及脉冲发电机，定转子组合结构包括：定子支撑，套设在支撑轴上；绕组，安装在定子支撑上，且沿支撑轴的轴向和两端面均分布设有所述绕组；转子支撑，设置于所述绕组的外周，且转子支撑通过轴承安装在支撑轴上；永磁体，安装在转子支撑上，且沿支撑轴的轴向和两端面均分布设有所述永磁体；脉冲发电机包括：多个所述的定转子组合结构；多个所述的定转子组合结构间隔并排安装在所述脉冲发电机设有的支撑轴上；本申请通过空间复用的形式，将径向的圆筒面积和两个端部面积均充分利用，增加绕组与永磁交链的面积，提升放电能力；并且通过多个定转子组合结构，倍增脉冲发电机的放电能力。能力。能力。


技术研发人员：李琦 王又珑 温旭辉 孙承旭
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/7/12