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

背景技術：

脈沖發(fā)電機作為一種集慣性儲能、機電能量轉換、脈沖成型于一體的脈沖電源，自問世其就引起了人們的關注，廣泛應用在科研、工業(yè)及軍事領域。其經(jīng)歷了由實心轉子到空心轉子、由無補償?shù)接醒a償?shù)陌l(fā)展過程。

當脈沖發(fā)電機的定轉子都采用空心結構，即無鐵磁材料，雖然放電時可以得到較低的瞬態(tài)電感和較高的氣隙磁密，但是其同時也使得勵磁系統(tǒng)變得復雜，帶來更大的勵磁損耗，為轉子勵磁繞組通電的電刷也會降低可靠性限制電機轉速；在已有的永磁脈沖發(fā)電機中，往往采用轉子表貼永磁徑向磁通的拓撲結構，為了在提高電機轉速的同時使永磁體不易損壞，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占用一部分氣隙，使得氣隙磁密降低，永磁體被浪費。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，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，通過永磁體的軸向磁通和半空心結構，由此解決勵磁損耗大和電機轉速低的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種永磁體軸向磁通的半空心脈沖發(fā)電機，該半空心脈沖發(fā)電機包括轉子、定子、轉軸、機殼和端蓋，其特征在于：

所述機殼和所述端蓋是所述半空心脈沖發(fā)電機的外殼，將所述轉子、定子、轉軸包覆在其中；

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

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磁材料形成所述定子，其中，所述繞組由多相構成，且每相之間相差90電角度，兩個所述轉子的頂端相對設置，使得頂端的兩個所述補償盤位置相對形成氣隙空間，所述定子設置在該氣隙空間中，并固定在所述機殼上；

此外，所述轉子采用導磁材料，與所述定子的非導磁材料構成所述半空心脈沖發(fā)電機的半空心結構。

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；

所述內磁極包括內磁極底座和多個與該內磁極底座相連的第二爪極，所述內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磁極底座，所述第二爪極與所述第一爪極個數(shù)相同，且交錯配合。

優(yōu)選地，所述定子采用的非導磁材料優(yōu)選采用環(huán)氧樹脂，所述繞組的優(yōu)選采用4相，所述繞組的極對數(shù)、相數(shù)和槽數(shù)之間的關系優(yōu)選采用下列表達式，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，所述補償盤采用良導體材料，例如鋁，該補償盤的面積覆蓋所述定子，該補償鋁盤的厚度按照下列表達式進行計算，其中，δ為所述補償盤厚度、ω為所述半空心脈沖發(fā)電機單相放電電流電角速度、μ為所述補償盤磁導率、σ為所述補償盤電導率,

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

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)電機的極對數(shù)為k對極，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)電機為模塊化的發(fā)電機，可多個模塊同軸共聯(lián)。

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

1、本發(fā)明通過采用永磁體勵磁和定子與轉子構成的半空心結構，永磁體和導磁材料的轉子保證了磁路走向，使得電機無需額外的勵磁系統(tǒng)，結構控制簡單，減小勵磁損耗，提高電機效率，定子采用環(huán)氧樹脂澆筑而成，在放電時補償盤將磁通限制在定子內，使得瞬態(tài)放電電感很小，且無刷結構的采用，增大了電機的可靠性；

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

3、本發(fā)明通過采用雙轉子單定子的軸向磁通結構，在轉子內外磁極外側加裝碳纖維飛輪套筒，使得機械保護結構不占用氣隙空間，可以得到較大的綁扎厚度，同時也減小了氣隙，增大了氣隙磁密，此外，在相同的轉速下，轉子儲存的能量越大，電機的儲能越大；

4、本發(fā)明通過采用補償盤，該補償盤完全覆蓋定子，磁通壓縮效應使得繞組在放電時瞬態(tài)電感減小，同時澆筑成型的定子使得繞組無槽，補償盤與繞組間距小，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結構，使得轉子盤長徑比小，同樣轉速下儲存能量更大，與徑向磁通結構電機相比更適合飛輪儲能；

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，電機放電時互不影響，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)選實施例所構建的半空心脈沖發(fā)電機的整體結構示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的內磁極結構示意圖；

圖3為是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的外磁極結構示意圖；

圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的定子中繞組展開圖；

圖5是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的單個轉子盤和轉軸結構示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：

1-內磁極 11-第二爪極 12-內磁極底座 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-補償盤 6-定子 7-轉軸 8-機殼 9-端蓋

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的半空心脈沖發(fā)電機的整體結構示意圖，如圖1所示，一種永磁軸向磁通的半空心脈沖發(fā)電機，其整體采用雙轉子單定子的軸向磁通結構，永磁體在轉子上，永磁體整體為徑向充磁，安放在轉子內磁極和轉子外磁極之間，轉子內外磁極為爪極形狀，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換為徑向磁通，穿過定子與另一側轉子閉合形成磁路。

圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的內磁極結構示意圖，圖3為是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構建的外磁極結構示意圖，如圖2和圖3所示，內磁極1和外磁極2呈爪極形狀，第一、第二爪極21、11分別與內外磁極底座12、22相連，永磁體3設置在內外磁極底座12、22中間，通過第一、第二爪極21、11和內外磁極底座21、22的結構限制了磁路走向，第一、第二爪極21、11和內外磁極底座21、22垂直使得永磁體3的軸向磁通轉變?yōu)閺较虼磐?。內磁極1和外磁極2的爪極依次交錯排列，形成氣隙磁場的N、S極。同時另一側的轉子盤相對該側轉子盤轉過一個極距，使得同極性爪極相對，構成磁回路。

圖4是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例所構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對極，每極每相槽數(shù)2，每根導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，連接在機殼8上。環(huán)氧樹脂的磁導率與空氣接近，放電時磁通被補償盤5壓縮在定子內，澆筑成型的定子降低了繞組的內電感，使得放電能力更強。同時繞組互差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)選實施例所構建的單個轉子盤和轉軸結構示意圖，如圖5所述，轉軸7由不導磁材料制成，依次連接轉子內磁極1、永磁體3、轉子外磁極2、飛輪套筒4。永磁體3被很好地保護在轉子內磁極1和轉子外磁極2之間，外緣的飛輪套筒4更進一步地加強了轉子的機械強度，使得電機轉速很高，達到大儲能密度的目的。補償盤5嵌放在飛輪套筒4與轉軸7之間，工作時隨轉子共同旋轉。電機在脈沖放電過程中是基于磁通壓縮原理來進行的，放電瞬間繞組會產(chǎn)生一個大電流，電流在補償鋁盤5上感應出渦流，渦流產(chǎn)生的磁場將磁通壓縮在兩側鋁盤之間，即在定子上，而定子為空心結構，這時繞組的內電感很小可以放出很大的電流。

仿真分析及樣機實驗證明，本發(fā)明所述的永磁軸向磁通半空心脈沖發(fā)電機，可以做到高轉速、高可靠性、控制簡單、放電電流大、損耗小等諸多優(yōu)勢。在高速脈沖發(fā)電機領域有良好的前景。

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