本發(fā)明屬于脈沖發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種永磁軸向磁通的半空心脈沖發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

脈沖發(fā)電機(jī)作為一種集慣性儲(chǔ)能、機(jī)電能量轉(zhuǎn)換、脈沖成型于一體的脈沖電源，自問世其就引起了人們的關(guān)注，廣泛應(yīng)用在科研、工業(yè)及軍事領(lǐng)域。其經(jīng)歷了由實(shí)心轉(zhuǎn)子到空心轉(zhuǎn)子、由無補(bǔ)償?shù)接醒a(bǔ)償?shù)陌l(fā)展過程。

當(dāng)脈沖發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子都采用空心結(jié)構(gòu)，即無鐵磁材料，雖然放電時(shí)可以得到較低的瞬態(tài)電感和較高的氣隙磁密，但是其同時(shí)也使得勵(lì)磁系統(tǒng)變得復(fù)雜，帶來更大的勵(lì)磁損耗，為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通電的電刷也會(huì)降低可靠性限制電機(jī)轉(zhuǎn)速；在已有的永磁脈沖發(fā)電機(jī)中，往往采用轉(zhuǎn)子表貼永磁徑向磁通的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了在提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時(shí)使永磁體不易損壞，需要在永磁體外綁扎碳纖維或加裝金屬套筒，這樣套筒或碳纖維綁扎會(huì)占用一部分氣隙，使得氣隙磁密降低，永磁體被浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種永磁軸向磁通的半空心脈沖發(fā)電機(jī)，通過永磁體的軸向磁通和半空心結(jié)構(gòu)，由此解決勵(lì)磁損耗大和電機(jī)轉(zhuǎn)速低的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種永磁體軸向磁通的半空心脈沖發(fā)電機(jī)，該半空心脈沖發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)軸、機(jī)殼和端蓋，其特征在于：

所述機(jī)殼和所述端蓋是所述半空心脈沖發(fā)電機(jī)的外殼，將所述轉(zhuǎn)子、定子、轉(zhuǎn)軸包覆在其中；

所述轉(zhuǎn)子包括由外磁極,內(nèi)磁極、永磁體和補(bǔ)償盤，所述內(nèi)磁極套裝在所述轉(zhuǎn)軸上，所述外磁極與所述內(nèi)磁極交錯(cuò)配合，所述永磁體產(chǎn)生徑向磁通，且設(shè)置在所述外磁極和所述內(nèi)磁極之間，該永磁體與所述內(nèi)磁極和外磁極配合將所述徑向磁通轉(zhuǎn)化為軸向磁通，所述補(bǔ)償盤覆蓋在所述外磁極與內(nèi)磁極的頂端，所述轉(zhuǎn)子隨所述轉(zhuǎn)軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述定子呈圓盤狀，繞組沿該圓盤的徑向分布，在所述繞組上澆筑非導(dǎo)磁材料形成所述定子，其中，所述繞組由多相構(gòu)成，且每相之間相差90電角度，兩個(gè)所述轉(zhuǎn)子的頂端相對(duì)設(shè)置，使得頂端的兩個(gè)所述補(bǔ)償盤位置相對(duì)形成氣隙空間，所述定子設(shè)置在該氣隙空間中，并固定在所述機(jī)殼上；

此外，所述轉(zhuǎn)子采用導(dǎo)磁材料，與所述定子的非導(dǎo)磁材料構(gòu)成所述半空心脈沖發(fā)電機(jī)的半空心結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述外磁極包括空心圓柱狀的外磁極底座和多個(gè)與該外磁極底座相連的第一爪極，該第一爪極平行于所述外磁極底座，且指向該外磁極底座的中心軸；

所述內(nèi)磁極包括內(nèi)磁極底座和多個(gè)與該內(nèi)磁極底座相連的第二爪極，所述內(nèi)磁極底座套裝在所述外磁極底座中，該第二爪極平行且向外凸出于所述內(nèi)磁極底座，所述第二爪極與所述第一爪極個(gè)數(shù)相同，且交錯(cuò)配合。

優(yōu)選地，所述定子采用的非導(dǎo)磁材料優(yōu)選采用環(huán)氧樹脂，所述繞組的優(yōu)選采用4相，所述繞組的極對(duì)數(shù)、相數(shù)和槽數(shù)之間的關(guān)系優(yōu)選采用下列表達(dá)式，其中，m為所述繞組的相數(shù)，Z為所述繞組的總槽數(shù)，p為所述繞組的極對(duì)數(shù)，q為所述繞組的每極每相的槽數(shù)，q優(yōu)選為2，

優(yōu)選地，所述補(bǔ)償盤采用良導(dǎo)體材料，例如鋁，該補(bǔ)償盤的面積覆蓋所述定子，該補(bǔ)償鋁盤的厚度按照下列表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算，其中，δ為所述補(bǔ)償盤厚度、ω為所述半空心脈沖發(fā)電機(jī)單相放電電流電角速度、μ為所述補(bǔ)償盤磁導(dǎo)率、σ為所述補(bǔ)償盤電導(dǎo)率,

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子的最外層包覆有飛輪套筒，該飛輪套筒隨轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且采用抗拉材料制成，例如碳纖維復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述永磁體優(yōu)選采用多塊徑向或平行充磁的瓦片形永磁體中的一種或者組合拼接而成。

優(yōu)選地，所述半空心脈沖發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為k對(duì)極，k為任一正整數(shù)，優(yōu)選為2。

優(yōu)選地，所述的半空心脈沖發(fā)電機(jī)為模塊化的發(fā)電機(jī)，可多個(gè)模塊同軸共聯(lián)。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明通過采用永磁體勵(lì)磁和定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成的半空心結(jié)構(gòu)，永磁體和導(dǎo)磁材料的轉(zhuǎn)子保證了磁路走向，使得電機(jī)無需額外的勵(lì)磁系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)控制簡(jiǎn)單，減小勵(lì)磁損耗，提高電機(jī)效率，定子采用環(huán)氧樹脂澆筑而成，在放電時(shí)補(bǔ)償盤將磁通限制在定子內(nèi)，使得瞬態(tài)放電電感很小，且無刷結(jié)構(gòu)的采用，增大了電機(jī)的可靠性；

2、本發(fā)明通過采用爪極形式的轉(zhuǎn)子磁極，將永磁體徑向磁通轉(zhuǎn)換為氣隙的軸向磁通，使得永磁體得以安放在鋼材料的轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極之間，工作環(huán)境安全，不易損壞，可以達(dá)到較高轉(zhuǎn)速；

3、本發(fā)明通過采用雙轉(zhuǎn)子單定子的軸向磁通結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極外側(cè)加裝碳纖維飛輪套筒，使得機(jī)械保護(hù)結(jié)構(gòu)不占用氣隙空間，可以得到較大的綁扎厚度，同時(shí)也減小了氣隙，增大了氣隙磁密，此外，在相同的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子儲(chǔ)存的能量越大，電機(jī)的儲(chǔ)能越大；

4、本發(fā)明通過采用補(bǔ)償盤，該補(bǔ)償盤完全覆蓋定子，磁通壓縮效應(yīng)使得繞組在放電時(shí)瞬態(tài)電感減小，同時(shí)澆筑成型的定子使得繞組無槽，補(bǔ)償盤與繞組間距小，耦合緊密，增大了放電電流；

5、本發(fā)明通過采用軸向磁通的電機(jī)結(jié)構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子盤長(zhǎng)徑比小，同樣轉(zhuǎn)速下儲(chǔ)存能量更大，與徑向磁通結(jié)構(gòu)電機(jī)相比更適合飛輪儲(chǔ)能；

6、本發(fā)明的定子中的繞組采用兩相軸線相差90電角度，使得不同相之間相互解耦，電機(jī)放電時(shí)互不影響，使得多相合成放電電流平穩(wěn)。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的半空心脈沖發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的內(nèi)磁極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的外磁極結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的定子中繞組展開圖；

圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的單個(gè)轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-內(nèi)磁極 11-第二爪極 12-內(nèi)磁極底座 2-外磁極 21-第一爪極 22-外磁極底座 3-永磁體 4-飛輪套筒 5-補(bǔ)償盤 6-定子 7-轉(zhuǎn)軸 8-機(jī)殼 9-端蓋

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的半空心脈沖發(fā)電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，一種永磁軸向磁通的半空心脈沖發(fā)電機(jī)，其整體采用雙轉(zhuǎn)子單定子的軸向磁通結(jié)構(gòu)，永磁體在轉(zhuǎn)子上，永磁體整體為徑向充磁，安放在轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極和轉(zhuǎn)子外磁極之間，轉(zhuǎn)子內(nèi)外磁極為爪極形狀，采用鋼整體加工而成，爪極與環(huán)狀磁軛相連接并與之垂直，將永磁體的軸向磁通轉(zhuǎn)換為徑向磁通，穿過定子與另一側(cè)轉(zhuǎn)子閉合形成磁路。

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的內(nèi)磁極結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的外磁極結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2和圖3所示，內(nèi)磁極1和外磁極2呈爪極形狀，第一、第二爪極21、11分別與內(nèi)外磁極底座12、22相連，永磁體3設(shè)置在內(nèi)外磁極底座12、22中間，通過第一、第二爪極21、11和內(nèi)外磁極底座21、22的結(jié)構(gòu)限制了磁路走向，第一、第二爪極21、11和內(nèi)外磁極底座21、22垂直使得永磁體3的軸向磁通轉(zhuǎn)變?yōu)閺较虼磐?。?nèi)磁極1和外磁極2的爪極依次交錯(cuò)排列，形成氣隙磁場(chǎng)的N、S極。同時(shí)另一側(cè)的轉(zhuǎn)子盤相對(duì)該側(cè)轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)過一個(gè)極距，使得同極性爪極相對(duì)，構(gòu)成磁回路。

圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的定子中繞組展開圖，如圖4所示，圖中繞組為疊繞組形式，4相2對(duì)極，每極每相槽數(shù)2，每根導(dǎo)體由較粗的銅線繞制而成，每相互差90電角度。繞制成型的繞組再采用環(huán)氧樹脂整體澆筑成定子盤，連接在機(jī)殼8上。環(huán)氧樹脂的磁導(dǎo)率與空氣接近，放電時(shí)磁通被補(bǔ)償盤5壓縮在定子內(nèi)，澆筑成型的定子降低了繞組的內(nèi)電感，使得放電能力更強(qiáng)。同時(shí)繞組互差90電角度的安放解除了不同相間的耦合作用，彼此放電電流不受到影響。

圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的單個(gè)轉(zhuǎn)子盤和轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所述，轉(zhuǎn)軸7由不導(dǎo)磁材料制成，依次連接轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極1、永磁體3、轉(zhuǎn)子外磁極2、飛輪套筒4。永磁體3被很好地保護(hù)在轉(zhuǎn)子內(nèi)磁極1和轉(zhuǎn)子外磁極2之間，外緣的飛輪套筒4更進(jìn)一步地加強(qiáng)了轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，達(dá)到大儲(chǔ)能密度的目的。補(bǔ)償盤5嵌放在飛輪套筒4與轉(zhuǎn)軸7之間，工作時(shí)隨轉(zhuǎn)子共同旋轉(zhuǎn)。電機(jī)在脈沖放電過程中是基于磁通壓縮原理來進(jìn)行的，放電瞬間繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大電流，電流在補(bǔ)償鋁盤5上感應(yīng)出渦流，渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)將磁通壓縮在兩側(cè)鋁盤之間，即在定子上，而定子為空心結(jié)構(gòu)，這時(shí)繞組的內(nèi)電感很小可以放出很大的電流。

仿真分析及樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明所述的永磁軸向磁通半空心脈沖發(fā)電機(jī)，可以做到高轉(zhuǎn)速、高可靠性、控制簡(jiǎn)單、放電電流大、損耗小等諸多優(yōu)勢(shì)。在高速脈沖發(fā)電機(jī)領(lǐng)域有良好的前景。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。