一种两相分数槽空芯补偿脉冲发电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种两相分数槽空芯补偿脉冲发电机。

背景技术

现有空芯补偿脉冲发电机，采用强度/密度比高的复合材料来代替传统的铁磁性材料，从而提高电机的能量密度和功率密度。由于复合材料不导磁、加工性差，因此电机通常设计为无槽结构，其定子电枢绕组一般加工成同心式跑道形状，整体体积较大，利用环氧树脂粘结在定子内壁上。对于采用两相电枢绕组结构的电机，现有的整数槽分布式绕组设计结构，难以避免的在两相绕组端部出现交叉重叠，因此需要额外的整形处理，给绕组的制造带来了极大的困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够避免在两相绕组端部出现交叉重叠，降低制造难度的两相分数槽空芯补偿脉冲发电机。

本发明所采用的技术方案是，一种两相分数槽空芯补偿脉冲发电机，包括定子和转子，所述定子包括两相电枢绕组，两相电枢绕组之间互差90°电角度，所述两相电枢绕组均由2个线圈组成，两相绕组的所有线圈均为同心式集中绕组，其匝数、截面积和结构完全相同，且由换位利兹导线制成，并采用无槽结构，所述两相绕组的所有线圈在定子空间内均匀分布，不同相的线圈之间交错分布，且相邻两个线圈之间不留空隙，所述转子包括励磁绕组，所述励磁绕组由六个励磁线圈组成。

本发明的有益效果是：上述线圈虽然在机械结构上采用了无槽结构，但在电气结构上，电机定子有4个线圈，且线圈之间不留空隙，就相当于电机具有4个“虚槽”(z＝4)，那么上述两相分数槽空心补偿脉冲发电机就是一个具有2相(m＝2)，4槽(z＝4)，6极(2p＝6)的脉冲发电机，它的每极每相槽数为分数(q＝z/2pm＝1/3)，并且满足节距为1的分数槽绕组槽极数组合约束条件，即定子电枢绕组能够采用节距为1的双层集中式绕组结构，从而避免了传统分布式绕组不同相线圈端部的交叉重叠问题，极大降低了空芯脉冲发电机定子绕组的制造难度。同时，集中绕组的端部长度小，电机端部阻抗也随之减小，电机的放电输出能力可以有效提高。

作为优先，定子还包括定子轭以及定子护套，两相电枢绕组通过环氧树脂粘结在定子护上，定子轭通过施加预紧力缠绕在两相电枢绕组上，采用该结构，使电枢绕组牢固的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两相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，转子的励磁绕组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绕组上，采用该结构，可以使励磁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。

附图说明

图1为本发明一种两相分数槽空芯补偿脉冲发电机的结构示意图；

如图1所示：1、a相电枢绕组；2、b相电枢绕组；3、定子轭；4、定子护套；5、励磁绕组；6、转子轭；7、转子护套；8、转轴。

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。

本发明涉及一种两相分数槽空芯补偿脉冲发电机，包括定子和转子，所述定子包括两相电枢绕组，如图1所示，两相电枢绕组为a相电枢绕组1和b相电枢绕组2，a相电枢绕组1和b相电枢绕组2之间互差90°电角度，其中，a相电枢绕组1由两个线圈(a1线圈和a2线圈)组成，b相电枢绕组2由两个线圈(b1线圈和b2线圈)组成，即两相绕组总共四个线圈，这四个线圈均为同心式集中绕组，其匝数、截面积和结构完全相同，且由换位利兹导线制成，并采用无槽结构，并且a1、a2、b1以及b2在定子空间内呈均匀分布，a1和a2之间又通过b1和b2来间隔开来，即不同相的线圈之间交错分布，且相邻两个线圈之间不留空隙，所述转子包括励磁绕组5，所述励磁绕组5由六个励磁线圈组成。其中，每相电枢绕组的2个线圈可以根据需求串联连接，或者并联连接。六个励磁线圈可以根据需求串联连接，或者并联连接。

图1中，四个电枢线圈虽然在机械结构上采用了无槽结构，但在电气结构上，电机定子有四个线圈，且线圈之间不留空隙，就相当于电机具有四个“虚槽”(z＝4)，那么图1中的两相分数槽空心补偿脉冲发电机就是一个具有两相(m＝2)，四槽(z＝4)，六极(2p＝6)的脉冲电机，它的每极每相槽数为分数(q＝z/2pm＝1/3)，并且满足节距为1的分数槽绕组槽极数组合约束条件，即定子电枢绕组能够采用节距为1的双层集中式绕组结构，从而避免了传统分布式绕组不同相线圈端部的交叉重叠问题，极大降低了空芯脉冲发电机定子绕组的制造难度。同时，集中绕组的端部长度小，电机端部阻抗也随之减小，电机的放电输出能力可以有效提高。

其中，节距为1的分数槽绕组槽极数组合的约束条件为：

1)z/m为整数(z/m＝2)，使每相均分到相同的槽数，各相绕组对称；

2)p/m≠整数(p/m＝3/2)，即p不允许为m的倍数；

3)z＝2p0±n，n＝1，2，3…，当z为奇数时，n应取奇数；当z为偶数时，n应取偶数。

在本发明中，选择两相(m＝2)的原因为：

采用两相结构的脉冲发电机，通过控制每相绕组的合闸角，可以将多个短脉冲合成一个符合负载要求的宽脉冲，解耦了电机转速与脉宽之间的制约关系，不仅能获得足够的脉宽，还能提高转速从而获得更高的储能密度，输出波形更具灵活性，特别适合于驱动高能的电磁发射。为了使每相能够独立控制，两相绕组之间互差90°电角度，避免各相绕组之间的电磁耦合。

选择六极(2p＝6)的原因为：

电机为两相电机，即m＝2为固定值，为满足p/m≠整数，电机的极对数p只可以选择1，3，5等奇数。对于空芯脉冲发电机，由于没有铁磁材料的约束，气隙磁密幅值随极对数p的增加指数衰减，因此电机极对数设计越小越好。而当p＝1时，电磁场分析可知此时电机励磁磁场将以恒定值穿过转轴，需要采用非磁性的转轴和轴承，并设计相应的电磁屏蔽措施以克服自激励磁时变化的磁场在转轴上产生的附加涡流损耗。同时，1对极电机在放电运行时还存在转子受力不均，容易引起偏振和应力集中问题。综上所述，本发明电机极数选择6极(2p＝6)。

选择四槽(z＝4)的原因为：

电机为两相电机，即m＝2为固定值，为满足z/m为整数，电机的槽数z应为偶数；考虑到电机极数已确定为6极(2p＝6)，为了满足约束条件3，同时考虑到n越小绕组系数越大，取n＝2，此时z可取值为4和8。经过进一步电磁场分析，当z＝4时，电枢绕组的绕组系数0.783；当z＝8时，电枢绕组的绕组系数仅有0.522。综上所述，本发明电机槽数选择4槽(z＝4)。

如图1所示，定子还包括定子轭3以及定子护套4，两相电枢绕组通过环氧树脂粘结在定子护套4上，定子轭3通过施加预紧力缠绕在两相电枢绕组上，采用该结构，使电枢绕组牢固的固定在定子轭3和定子护套4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4是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，定子轭3采用高强度玻璃纤维缠绕在两相电枢绕组上形成圆筒形状结构。

如图1所示，转子还包括转子轭6、转子护套7以及转轴8，转子的励磁绕组5通过环氧树脂粘结在转子轭6上，转子护套7通过施加预紧力缠绕在励磁绕组5上，采用该结构，可以使励磁绕组5牢固的固定在转子轭6和转子护套7中间，从而克服高速旋转的离心力。

如图1所示，转子轭6是由高强度玻璃纤维缠绕而成的圆筒状结构，转子护套7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6通过环氧树脂粘结在转轴8上，转轴8采用强度高、且不导磁材料。