陶雪峰 刘 昆

（国防科技大学航天科学与工程学院）

磁悬浮飞轮储能补偿脉冲发电机技术研究∗

陶雪峰 刘 昆

（国防科技大学航天科学与工程学院）

介绍了一套基于磁悬浮飞轮储能的脉冲电源系统。电机主体为一台两相、四级、空心补偿脉冲发电机。轴向使用电磁推力轴承，径向使用内转子外定子混合磁轴承，具备承受4g过载能力。使用有限元软件对系统电磁特性进行了仿真。采用自励磁方式，在20 000r/min的初始转速下，励磁电流可在9ms内增至9kA，转子转速降为18 440r/min。对电感梯度1μH/m，电阻梯度0.005mΩ/m的电磁轨道炮负载放电，可将5g弹丸加速至1.98km/s，峰值电流可达180kA。

补偿脉冲发电机；混合磁轴承；电磁轨道炮；电磁特性

0 引言

飞轮储能系统是利用飞轮旋转速度的变化来实现机械能与电能相互转换的装置，因其能量密度高、能量转换效率高、使用寿命长、应用范围广等优点，受到越来越多的关注[1]。利用飞轮惯性储能的设想早在上世纪50年代就被提出，但限于技术发展水平一直未能有实质进展[2]。20世纪90年代后，随着高性能复合材料、电力电子技术、先进支承技术、现代控制技术等技术的进步，飞轮储能技术也得到了突破性进展，开始向实用化发展，用于电力调峰、不间断电源、飞轮电池、航空航天等领域[3]。补偿脉冲发电机（Compensated Pulsed Alternator，CPA）是一种特殊的同步电机，可实现机械能与电能的高效转化。采用补偿结构实现磁通压缩，能够极大降低放电时的电枢电感，从而实现大电流、高功率输出，在高功率脉冲电源（Pulsed Power Supply，PPS）领域占有重要地位[4]。……