专利摘要

本发明涉及一种双轴补偿脉冲发电机，采用单相4极双轴补偿结构，包括电机本体以及脉冲放电系统，所述电机本体包括转子，所述转子包括励磁绕组以及补偿绕组，所述励磁绕组由4个励磁线圈组成，所述补偿绕组由4个补偿线圈组成，所述励磁绕组和补偿绕组位于同一圆周面上，所述励磁绕组与补偿绕组的相邻两个线圈的轴线在空间上的机械角度相差45°，且每个励磁线圈的下线部分所占空间与每个补偿线圈下线部分所占空间的比例为2:1，所述励磁绕组与补偿绕组的匝数比也为2:1，可以获得相对理想的气隙磁场波形，交直轴补偿匹配关系，以及圆周上导体均匀的受力与发热，从而提高了电机的励磁效率，同时提高了电机的转子空间利用率。

权利要求

1.一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：采用单相 4 极双轴补偿结构，包括电机本体以及与电机本体连接的脉冲放电系统，所述电机本体包括转子，所述转子包括励磁绕组（5） 以及补偿绕组（6），转子轭（7）和转子护套（4），所述励磁绕组（5）由 4 个励磁线圈组成，所述补偿绕组（6）由4 个补 偿线圈组成，所述励磁绕组（5）的直线部分和补偿绕组（6）的直线部分位于同一圆周面上，所述励磁绕组（5）的励磁线圈的对称面与相邻的补偿绕组（6）的补偿线圈的对称面在空间上的机械角度相差45°，所述励磁线圈的对称面和补偿线圈的对称面相交且交线为电机本体的中轴线，所述中轴线即中心转轴线；每个励磁线圈的下线部分所占空间与每个补偿线圈下线部分所占空间的比例为2:1，所述励磁绕组（5）与补偿绕组（6）的匝数比也为2:1，励磁绕组（5）与 补 偿绕组（6）采用相同的导体截面积，励磁绕组（5）和补偿绕组（6）同圆周分布在转子轭（7）和转子护套（4）之间，两套绕组均采用集中式同心绕组形式，两套绕组的直线部分在同一圆周面上，补偿绕组（6）放置在励磁绕组（5）的非下线部分，端部向转子内侧弯曲整形。

2.根据权利要求 1 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：所述电机本体还包括定子，所述定子包括定子护套（3）、通过环氧树脂粘结在定子护套（3）上的电枢绕组（1）以及通过施加预紧力缠绕在电枢绕组（1）上的定子轭（2）。

3.根据权利要求 2 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：定子护套（3）是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，定子轭（2）采用高强度玻璃纤维缠绕在电枢绕组（1）上形成圆筒形状结构。

4.根据权利要求 1 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：转子还包括转轴（8），励磁绕组（5）和补偿绕组（6）同圆周分布并通过环氧树脂粘 结在转子轭（7）上，转子护套（4）通过施加预紧力缠绕在励磁绕组（5）和补偿绕组（6）上。

5.根据权利要求 4 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：转子轭（7）是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，转子护套（4）采用高强度碳纤维缠绕在励磁绕组（5）和补偿绕组（6）上形成圆筒状结构。

6.根据权利要求 4 或权利要求5 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：所述转子轭（7）通过环氧树脂粘结在转轴（8）上。

7.根据权利要求 1 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：所述脉冲放电系统包括由起励电容（11）、起励开关（12）、自激整流器（13）、主放电开关（14）以及电磁发射负载（15）组成的脉冲放电电路，所述脉冲放电电路包括起励回路、自激和能量回收回路以及放电回路，所述起励回路由励磁绕组（5）通过电刷和集电环装置（10）引出电机本体与起励电容（11）和起励开关（12）闭合连接形成，所述自激和能量回收回路由电枢绕组（1）的输出端与自激整流器（13）连接后，再通过电刷和集电环装置（10）与励磁绕组（5）相连形成，所述放电回路由电枢绕组（1）通过主放电开关（14）与电磁发射负载（15）相连形成，所述自激整流器（13）采用单相桥式全控整流结构。

8.根据权利要求 1 所述的一种双轴补偿脉冲发电机，其特征在于：补偿绕组（6）在电机本体内部自行短路连接，不引出电机本体。

9.一种用于权利要求1到权利要求8之一的双轴补偿脉冲发电机实现脉冲放电的方法，其特征在于：包括下列步骤：（1）、起动过程：采用原动机（9）拖动转子的转轴（8）旋转，使转子达到额定转速后，通过控制离合器将原动机（9）与转子的转轴（8）脱开，转子靠惯性继续旋转；（2）、自激过程：闭合起励开关（12），使起励回路闭合，起励电容（11）通过电刷和集电环装置（10）向励磁绕组（5）输入种子电流，产生初始旋转磁场，并在电枢绕组（1）感应电流，电枢绕组（1）电流经过外接的自激整流器（13）及电刷和集电环装置（10）整流后，流回转子励磁绕组（5），形成正反馈的自激过程，励磁电流逐渐升高；（3）、放电过程：达到额定励磁电流时，停止自激整流器（13）的整流触发信号，利用自激整流器（13）上下两个桥臂的直通对励磁绕组（5）短路续流，继续提供旋转励磁磁场；根据电磁发射负载（15）需求在一定的相位触发主放电开关（14），电枢绕组（1）向负载放电，此时续流短路的励磁绕组（5）感应电流，为电枢绕组（1）提供直轴补偿作用；转子上自行短路的补偿绕组（6）也感应电流，为电枢绕组（1）提供交轴补偿作用；（4）、能量回收过程：放电结束后，处于续流状态的励磁绕组（5）中仍有电流，此时停止自激整流器（13）上下桥臂的直通控制信号，重新给定自激整流器（13）的整流触发信号，并控制触发角α > π/2，该回路进入有源逆变状态，电机输出负功率，励磁电流下降，脉冲发电机转速上升。

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种双轴补偿脉冲发电机及其实现脉冲放电的方法。

背景技术

现有的双轴补偿空芯补偿脉冲发电机，转子励磁绕组和补偿绕组不在同一圆周面上，虽然这种结构中，直轴补偿和交轴补偿可以单独设计，但是会导致转子的空间利用率低，并且励磁绕组距离电枢绕组远，励磁效率也低。

另一方面，空芯脉冲发电机放电结束后，励磁绕组中储存有大量的磁场能量，目前这部分能量一般并不加以利用，仅通过励磁续流回路或引入外部泄放电阻以热能的形式损耗，这也导致了采用自激励磁方式运行的空芯脉冲发电机系统的效率难以进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高励磁效率，并且提高转子空间利用率的双轴补偿脉冲发电机。

本发明所采用的技术方案是，一种双轴补偿脉冲发电机，采用单相4极双轴补偿结构，包括电机本体以及与电机本体连接的脉冲放电系统，所述电机本体包括转子，所述转子包括励磁绕组以及补偿绕组，所述励磁绕组由4个励磁线圈组成，所述补偿绕组由4个补偿线圈组成，所述励磁绕组和补偿绕组位于同一圆周面上，所述励磁绕组与补偿绕组的相邻两个线圈的轴线在空间上的机械角度相差45°，且每个励磁线圈的下线部分所占空间与每个补偿线圈下线部分所占空间的比例为2:1，所述励磁绕组与补偿绕组的匝数比也为2:1，励磁绕组与补偿绕组采用相同的导体截面积。

本发明的有益效果是：采用上述双轴补偿脉冲发电机，双轴补偿中的励磁绕组和补偿绕组采用同圆周设计，并且约束了二者所占空间比例和绕组匝数比例，励磁绕组与补偿绕组采用相同的导体截面积，可以获得相对理想的气隙磁场波形，交直轴补偿匹配关系，以及圆周上导体均匀的受力与发热，从而提高了电机的励磁效率，同时提高了电机的转子空间利用率。

作为优先，所述电机本体还包括定子，所述定子包括定子护套、通过环氧树脂粘结在定子护套上的电枢绕组以及通过施加预紧力缠绕在电枢绕组上的定子轭，采用该结构，使电枢绕组牢固地固定在定子轭和定子护套之间，从而克服放电瞬间产生的电磁力。

作为优先，定子护套是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，定子轭采用高强度玻璃纤维缠绕在电枢绕组上形成圆筒形状结构。

作为优先，转子还包括转子轭、转子护套以及转轴，励磁绕组和补偿绕组同圆周分布并通过环氧树脂粘结在转子轭上，转子护套通过施加预紧力缠绕在励磁套组和补偿绕组上，采用该结构，使励磁绕组和补偿绕组牢固的固定在转子轭和转子护套中间，从而克服高速旋转的离心力。

作为优先，转子轭是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，转子护套采用高强度碳纤维缠绕在励磁绕组和补偿绕组上形成圆筒状结构。

作为优先，转子轭通过环氧树脂粘结在转轴上，转轴采用强度高、且不导磁材料。

作为优先，所述脉冲放电系统包括由起励电容、起励开关、自激整流器、主放电开关以及电磁发射负载组成的脉冲放电电路，所述脉冲放电电路包括起励回路、自激和能量回收回路以及放电回路，所述起励回路由励磁绕组通过电刷和集电环装置引出电机本体与起励电容和起励开关闭合连接形成，所述自激和能量回收回路由电枢绕组的输出端与自激整流器连接后，再通过电刷和集电环装置与励磁绕组相连形成，所述放电回路由电枢绕组通过主放电开关与电磁发射负载相连形成，所述自激整流器采用单相桥式全控整流结构，上述脉冲放电电路，利用有源逆变原理，将放电结束后励磁绕组中的磁场储能转化为转子的动能，提高了空芯脉冲发电机系统的运行效率。

作为优先，补偿绕组在电机本体内部自行短路连接，不引出电机本体。

一种双轴补偿脉冲发电机实现脉冲放电的方法，包括下列步骤：

(1)、起动过程：采用原动机拖动转子的转轴旋转，使转子达到额定转速后，通过控制离合器将原动机与转子的转轴脱开，转子靠惯性继续旋转；

(2)、自激过程：闭合起励开关，使起励回路闭合，起励电容通过电刷和集电环装置(10)向励磁绕组输入种子电流，产生初始旋转磁场，并在电枢绕组感应电流，电枢绕组电流经过外接的自激整流器及电刷和集电环装置整流后，流回转子励磁绕组，形成正反馈的自激过程，励磁电流逐渐升高；

(3)、放电过程：达到额定励磁电流时，停止自激整流器的整流触发信号，利用自激整流器上下两个桥臂的直通对励磁绕组短路续流，继续提供旋转励磁磁场；根据电磁发射负载需求在一定的相位触发主放电开关，电枢绕组向负载放电，此时续流短路的励磁绕组感应电流，为电枢绕组提供直轴补偿作用；转子上自行短路的补偿绕组也感应电流，为电枢绕组提供交轴补偿作用；

(4)、能量回收过程：放电结束后，处于续流状态的励磁绕组中仍有电流，此时停止自激整流器上下桥臂的直通控制信号，重新给定自激整流器的整流触发信号，并控制触发角α>π/2，该回路进入有源逆变状态，电机输出负功率，励磁电流下降，脉冲发电机转速上升。

上述方法中，利用了有源逆变原理，将放电结束后励磁绕组中的磁场储能重新转化为转子的动能，提高空芯脉冲发电机系统的运行效率。

附图说明

图1为本发明一种双轴补偿脉冲发电机中电机本体的结构示意图；

图2为本发明一种双轴补偿脉冲发电机中脉冲放电电路的电路图；

图3为本发明一种双轴补偿脉冲发电机中同圆周设计的励磁绕组和补偿绕组的示意图；

图4为本发明一种双轴补偿脉冲发电机在放电过程中的励磁绕组电流；

如图所示：1、电枢绕组；2、定子轭；3、定子护套；4、转子护套；5、励磁绕组；6、补偿绕组；7、转子轭；8、转轴；9、原动机；10、电刷和集电环装置；11、起励电容；12、起励开关；13、自激整流器；14、主放电开关；15、电磁发射负载。

具体实施方式

以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。

本发明涉及一种双轴补偿脉冲发电机，采用单相4极双轴补偿结构，包括电机本体以及与电机本体连接的脉冲放电系统，如图1所示，所述电机本体包括转子，所述转子包括励磁绕组5以及补偿绕组6，所述励磁绕组5由4个励磁线圈组成，这4个励磁线圈可以根据需求串联或者并联连接，然后经电刷和集电环装置10引出电机本体，所述补偿绕组6由4个补偿线圈组成，每个补偿线圈均是自行短路连接的，彼此之间相互独立，所述励磁绕组5和补偿绕组6位于同一圆周面上，所述励磁绕组5与补偿绕组6的相邻两个线圈的轴线在空间上的机械角度相差45°，即相邻两个线圈的电角度相差90°正交分布，在励磁绕组5和补偿绕组6组成的圆周上，每个励磁线圈的下线部分所占空间与每个补偿线圈下线部分所占空间的比例为2:1，即1个极下励磁绕组5的下线部分占60°机械角度，补偿绕组6下线部分占30°机械角度，所述励磁绕组5与补偿绕组6的匝数比也为2:1，励磁绕组5与补偿绕组6采用相同的导体截面积。

经过理论分析和仿真计算，采用这种励磁绕组5与补偿绕组6的圆周空间占比为2:1，匝数比例也为2:1的设计，励磁绕组5与补偿绕组6采用相同的导体截面积，可以获得相对理想的气隙磁场波形，交直轴补偿匹配关系，以及圆周上导体均匀的受力与发热。

如图1所示，所述电机本体还包括定子，所述定子包括定子护套3、通过环氧树脂粘结在定子护套3上的电枢绕组1以及通过施加预紧力缠绕在电枢绕组1上的定子轭2，使电枢绕组1牢固地固定在定子轭2和定子护套3之间，从而克服放电瞬间产生的电磁力。

如图1所示，定子护套3是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，定子轭2采用高强度玻璃纤维缠绕在电枢绕组1上形成圆筒形状结构。

如图1所示，转子还包括转子轭7、转子护套4以及转轴8，励磁绕组5和补偿绕组6同圆周分布并通过环氧树脂粘结在转子轭7上，转子护套4通过施加预紧力缠绕在励磁绕组5和补偿绕组6上，使励磁绕组5和补偿绕组6牢固的固定在转子轭7和转子护套4中间，从而克服高速旋转的离心力。

如图1所示，转子轭7是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，转子护套4采用高强度碳纤维缠绕在励磁绕组5上形成圆筒状结构。

如图1所示，转子轭7通过环氧树脂粘结在转轴上，转轴采用强度高、且不导磁材料。

图1和图3中，励磁绕组5和补偿绕组6同圆周分布在转子轭7和转子护套4之间，两套绕组均采用集中式同心绕组形式，两套绕组的直线部分在同一圆周面上，补偿绕组6放置在励磁绕组5的非下线部分，端部向转子内侧弯曲整形。

如图2所示，所述脉冲放电系统包括由起励电容11、起励开关12、自激整流器13、主放电开关14以及电磁发射负载15组成的脉冲放电电路，所述脉冲放电电路包括起励回路、自激和能量回收回路以及放电回路，所述起励回路由励磁绕组5通过电刷和集电环装置10引出电机本体与起励电容11和起励开关12闭合连接形成，所述自激和能量回收回路由电枢绕组1的输出端与自激整流器13连接后，再通过电刷和集电环装置10与励磁绕组5相连形成，所述放电回路由电枢绕组1通过主放电开关14与电磁发射负载15相连形成，所述自激整流器13采用单相桥式全控整流结构，上述脉冲放电电路，利用有源逆变原理，将放电结束后励磁绕组5中的磁场储能转化为转子的动能，提高了空芯脉冲发电机系统的运行效率。

补偿绕组6在电机本体内部自行短路连接，不引出电机本体。

一种双轴补偿脉冲发电机实现脉冲放电的方法，包括下列步骤：

(1)、起动过程：采用原动机9拖动转子的转轴8旋转，使转子8达到额定转速后，通过控制离合器将原动机9与转子的转轴8脱开，转子靠惯性继续旋转；

(2)、自激过程：闭合起励开关12，使起励回路闭合，起励电容11通过电刷和集电环装置10向励磁绕组5输入种子电流，产生初始旋转磁场，并在电枢绕组1感应电流，电枢绕组1电流经过外接的自激整流器13及电刷和集电环装置10整流后，流回励磁绕组5；在电路参数满足一定的条件下，励磁电流逐渐升高，形成正反馈的自激过程，转子储存的机械能转化为磁场储能；

(3)、放电过程：达到额定励磁电流时，停止自激整流器13的整流触发信号，利用自激整流器13上下两个桥臂的直通对励磁绕组5短路续流，继续提供旋转励磁磁场；根据电磁发射负载15需求在一定的相位触发主放电开关14，电枢绕组1向负载放电，此时续流短路的励磁绕组5感应电流，为电枢绕组1提供直轴补偿作用；转子上自行短路的补偿绕组6也感应电流，为电枢绕组1提供交轴补偿作用；交直轴补偿共同作用，降低电枢绕组1的等效电感，从而向电磁发射负载15输出瞬时强电流脉冲，将机械能转化为电能；

(4)、能量回收过程：放电结束后，处于续流状态的励磁绕组5中仍有电流，此时停止自激整流器13上下桥臂的直通控制信号，重新给定自激整流器13的整流触发信号，并控制触发角α>π/2，该回路进入有源逆变状态；此时，励磁绕组5的电压为负，而电流仍为正，电机输出功率为负，从而产生了与电机旋转同方向的正转矩，使脉冲发电机的转速上升，同时励磁电流指数下降，实现了从磁场储能转化为转子动能的能量回收。

上述方法中，使用自激整流器13的上下桥臂直通，取代了原有技术中的续流二极管，从而满足了有源逆变的要求。

一种双轴补偿脉冲发电机及其实现脉冲放电的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。