[发明专利]一种飞轮脉冲永磁电机及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞轮脉冲永磁电机，具体涉及一种采用机械方式控制电机主磁场的轴向磁通飞轮脉冲永磁电机，同时本发明公开了其工作方法，属于电机设计、制造和控制技术领域。

背景技术

脉冲电源为现代军事、航空、航天、激光、核工业、交通、医疗、材料等诸多重要领域所必需，仅就现代新概念电磁武器而言，百分之八十以上都需要采用脉冲电源，因此从其产生到如今的五十年中，它所涉及的相关理论和技术得到了迅猛发展，并正在成为一门新兴的科学技术。

飞轮脉冲电机是一种基于飞轮储能系统的脉冲电源。充电时，电机作电动机用，驱动飞轮高速旋转，电能转变为动能储存；放电时，电机作发电机用，飞轮减速并驱动电机作发电机运行，动能转换成电能。与基于电场、磁场或者化学方式储能的脉冲电源相比，飞轮脉冲电机具有体积小、功率密度大、效率高、响应速度快、可快速充放电、循环次数多、使用寿命长等许多优点。但其放电过程受机电时间常数的影响，不能太快，因此特别适用于脉冲幅值较小但脉冲宽度较长的场合。

飞轮脉冲电机目前主要应用于电磁飞机弹射系统。凭借其在结构和功率密度上的优势，采用轴向磁通结构的飞轮脉冲永磁电机在这一场合备受青睐。1995年，供职于海军航空兵作战中心的Doyle等人在发表于《IEEE Transaction on Magnetics》的《Electromagnetic Aircraft Launch System – EMALS》一文中介绍了一种采用磁通结构的飞轮脉冲永磁电机。这一电机采用转子兼做飞轮、定子上包括低压充电和高压放电两套绕组，通过周波变换器控制电机充放电。但这种电机存在铁耗较大的问题。随后，Swett等人在《Flywheel charging module for energy storage used in electromagnetic aircraft launch system》一文中，介绍了一种轴向磁通的定子无槽、背铁与转子同轴旋转的改进结构。采用这种结构的飞轮脉冲电机在提高了电机的转速和功率密度的同时，降低了电机的铁耗。但采用这一结构的电机交直轴电感很小，无法使用电力电子的方法进行增磁或弱磁控制，这就意味着电机的最高转速受到充电电力系统电压水平的限制，放电电压也会随着放电深度的增加不断降低。

除此以外，美国专利US 5,721,461A、US 6,750,588 B1也公开了类似结构的电机，也存在上述的问题。

目前国内在这种飞轮脉冲电机方面的研究还比较少。中国发明专利申请CN 1063384、CN 1253406、CN 101145725、CN 101291098、CN 101814818A所涉及的脉冲电机均为补偿脉冲发电机，这种电机的目标负载是诸如电磁炮和强磁场发生装置等需要极高幅值、极短放电脉冲宽度的脉冲负载，与本发明所涉及的飞轮脉冲电机有明显的区别。

综上所述，现有技术存在电机高速旋转时铁耗较大、最高转速受充电电力系统电压水平的限制、放电电压跌落等问题。

发明内容

发明目的:针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种飞轮脉冲永磁电机，在解决铁耗过大问题的同时，保留电机的增/弱磁控制能力。同时本发明公开了其工作方法。

技术方案：为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种飞轮脉冲永磁电机，包括转子盘和定子，所述转子盘包括背铁、用螺栓固定在背铁上的开槽铝盘以及嵌入铝盘上的槽内的永磁体，所述转子盘设置三个，转子盘中的永磁体均按极性均匀相间的顺序嵌入在铝盘的槽内，所述定子包括绕组盘、绕组支座和绕组压盖；所述定子设置两个，分别设置在三个转子盘形成的两个气隙中，所述绕组盘包括可动绕组盘与固定绕组盘，可动绕组盘与固定绕组盘分别设置在两个定子上。

所述定子通过绕组支座安装在电机支座上，所述固定绕组盘由绕组压盖三压紧固定在绕组支座二内；可动绕组盘与绕组压盖一之间设置间隙，所述可动绕组盘所在的绕组支架一的外缘上开有长孔，所述绕组压盖一在长孔对应的角度设置若干连续的齿，所述可动绕组盘的外表面固定有从前述长孔中伸入的调节手柄，调节手柄连接至由控制器控制的伺服机构。

所述三个转子盘同轴固联在电机轴上；左右两个转子盘中的转子铝盘安装在对应背铁的内侧；中间转子盘中的转子铝盘安装在背铁的两侧，所述三块背铁的外缘设置均匀分布的螺纹孔，所述永磁体沿轴向充磁。