本發(fā)明屬于電機(jī)與控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁方法及裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場外激勵主要有兩種方法，包括感應(yīng)勵磁和電勵磁。

感應(yīng)勵磁方法基于電磁感應(yīng)原理傳輸電能，以在異步電機(jī)上的應(yīng)用為代表，通過在定子線圈中注入特定形式的電流，形成磁場并依賴定轉(zhuǎn)子速差感應(yīng)出轉(zhuǎn)子端勵磁電流，感應(yīng)勵磁方式的明顯不足是效率偏低，導(dǎo)致采用感應(yīng)勵磁方式的電機(jī)效率也相對較低。

電勵磁方法直接向電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈注入勵磁電流，控制簡單，效率高，可分為有刷和無刷兩種。有刷電勵磁通過電刷將定子端電能傳遞到轉(zhuǎn)子端，結(jié)構(gòu)簡單，但由于存在定轉(zhuǎn)子之間電刷和滑環(huán)的機(jī)械接觸，兩者常因接觸不良等導(dǎo)致發(fā)熱及損毀等，可靠性不高；目前的無刷勵磁發(fā)電機(jī)常由勵磁機(jī)與電機(jī)組成，發(fā)電機(jī)勵磁電能由勵磁機(jī)發(fā)電并整流得到，常用于發(fā)電機(jī)，很少在在電動機(jī)中應(yīng)用。也存在通過在原邊(定子側(cè))激勵出交變磁場，在副邊(轉(zhuǎn)子側(cè))通過線圈匝鏈該交變磁場通過電磁感應(yīng)原理傳遞勵磁電流，但感應(yīng)傳輸對傳輸距離非常敏感，傳輸效率也隨負(fù)載波動較大。

因此，需要對現(xiàn)有的電機(jī)勵磁方式進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁方法及裝置。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁方法，該方法采用諧振式無線電能傳輸方式將直流或交流電源的電能以非接觸方式傳輸給轉(zhuǎn)子勵磁繞組，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電勵磁或混合電勵磁。

一種同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁裝置，包括發(fā)射端和接收端，所述發(fā)射端與機(jī)座固結(jié)，所述接收端隨轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)并與轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，所述發(fā)射端包括相連接的諧振激勵電路、發(fā)射端補(bǔ)償電路和發(fā)射線圈，所述接收端包括相連接的接收線圈、接收端補(bǔ)償電路和整流變換電路，所述整流變換電路與轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，所述諧振激勵電路包括電源輸入接口，諧振激勵電路從電源輸入電能并持續(xù)激勵發(fā)射線圈及發(fā)射端補(bǔ)償電路工作于諧振狀態(tài)。

所述發(fā)射線圈和發(fā)射端補(bǔ)償電路形成的原邊諧振電路與所述接收線圈和接收端補(bǔ)償電路形成的副邊諧振電路，具有相匹配的電磁諧振頻率，實(shí)現(xiàn)諧振式無線電能傳輸，且該電磁諧振頻率高于所述同步電機(jī)的工作頻率。

所述發(fā)射線圈和定子繞組共用部分或全部磁場通路，并構(gòu)造成一體。

所述接收線圈和轉(zhuǎn)子勵磁繞組共用部分或全部磁場通路，并構(gòu)造成一體。

所述諧振激勵電路連接有用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流大小的控制器。

一種電勵磁同步電機(jī)，包括所述的轉(zhuǎn)子勵磁裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明依據(jù)諧振無線電能傳輸原理實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子勵磁的無線實(shí)現(xiàn)，沒有電刷及滑環(huán)等機(jī)械接觸，結(jié)構(gòu)上穩(wěn)定可靠；

2)本發(fā)明可設(shè)置控制器，轉(zhuǎn)子勵磁電流大小可以通過對發(fā)射端進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，電機(jī)在各工況下對勵磁電流的需求易于實(shí)現(xiàn)；

3)本發(fā)明基于諧振無線電能傳輸原理，工作在諧振狀態(tài)下，原邊/副邊的激勵/負(fù)載電壓和其相應(yīng)電流相位基本一致，電能傳輸效率高；

4)本發(fā)明基于諧振無線電能傳輸原理，電能傳輸時磁場僅工作在特定頻率，具有頻率選擇性，不會影響定子繞組等的正常工作；

5)本發(fā)明基于諧振無線電能傳輸原理，僅需要較弱磁場和感應(yīng)電動勢副邊電路即可工作，相應(yīng)發(fā)射線圈和接收線圈間互感可以很小，也即諧振無線電能傳輸距離可以較遠(yuǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理示意圖；

圖2為本發(fā)明勵磁裝置的實(shí)現(xiàn)示意圖；

圖3為本發(fā)明的等效電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本發(fā)明提供一種同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁方法，該方法采用諧振式無線電能傳輸方式將直流或交流電源的電能傳輸給轉(zhuǎn)子勵磁繞組，實(shí)現(xiàn)無線勵磁，實(shí)現(xiàn)電機(jī)固定側(cè)和旋轉(zhuǎn)部分之間電能傳輸，且沒有機(jī)械接觸。轉(zhuǎn)子勵磁可以根據(jù)實(shí)際需要采取單獨(dú)電勵磁，即轉(zhuǎn)子磁場全部由勵磁電流建立；也可構(gòu)造成混合勵磁方式，即與永磁或者磁阻電機(jī)相結(jié)合，電勵磁只是提供部分勵磁電流。本實(shí)施例以直流電源為例進(jìn)行說明。

如圖1-圖3所示，本發(fā)明提供一種基于上述勵磁方法的同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁裝置，所述同步電機(jī)具有用于建立定子旋轉(zhuǎn)磁場的多相定子繞組sa、sb、sc和用于建立轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)子勵磁繞組r，所述轉(zhuǎn)子勵磁裝置包括發(fā)射端和接收端，發(fā)射端與定子固定連接，接收端分別與電機(jī)軸和轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，發(fā)射端包括相連接的諧振激勵電路p1(含補(bǔ)償電路)和發(fā)射線圈e，接收端包括相連接的接收線圈a和諧振變換電路p2(含補(bǔ)償電路)，諧振變換電路p2與轉(zhuǎn)子勵磁繞組r連接，接收線圈a和發(fā)射線圈e相匹配，諧振激勵電路p1包括直流電源s的輸入接口。

所述發(fā)射線圈e和發(fā)射端補(bǔ)償電路形成的原邊諧振電路與所述接收線圈a和接收端補(bǔ)償電路形成的副邊諧振電路，具有相同的電磁諧振頻率，且該電磁諧振頻率高于所述同步電機(jī)的工作頻率。所述發(fā)射線圈e和定子繞組sa、sb、sc共用部分或全部磁場通路，并構(gòu)造成一體。所述接收線圈a和轉(zhuǎn)子勵磁繞組r共用部分或全部磁場通路，并構(gòu)造成一體。

所述諧振激勵電路連接有用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流大小的控制器，可以方便調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流大小。

如圖2所示為本發(fā)明轉(zhuǎn)子勵磁裝置應(yīng)用于爪極電機(jī)軸向勵磁的實(shí)施例，爪極電機(jī)的勵磁方向為軸向，勵磁線圈轉(zhuǎn)子同軸，通過向勵磁線圈通入電流以激勵磁場，勵磁線圈形成的勵磁磁場電路示意如圖，勵磁線圈產(chǎn)生軸向磁場，并由爪機(jī)式轉(zhuǎn)子z的“爪”進(jìn)行磁路導(dǎo)向，磁場從一極的“爪”通過氣隙進(jìn)入定子鐵芯d，再經(jīng)由氣隙返回到另一極的“爪”，并形成電路。此例中，直流電源s、諧振激勵電路p1(含補(bǔ)償電路)與發(fā)射線圈e為定子端部件，與電機(jī)定子部分固連，為非旋轉(zhuǎn)件；接收線圈a、整流變換電路p2(含補(bǔ)償電路)、轉(zhuǎn)子勵磁繞組r為轉(zhuǎn)子端部件，與轉(zhuǎn)子固連，為旋轉(zhuǎn)件。其中，接收線圈a的設(shè)計與發(fā)射線圈e相匹配，它們具有相匹配(相等或基本一致)的電磁諧振頻率，且諧振遠(yuǎn)高于電機(jī)工作頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)諧振。

整個勵磁裝置設(shè)置于電機(jī)軸m末端，諧振激勵電路通過結(jié)構(gòu)與電機(jī)外殼固連，發(fā)射線圈與激勵電路固連，共同形成無線電能傳輸固定側(cè)元器件；整流變換電路一起與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸固連，通過軸上導(dǎo)線向電機(jī)轉(zhuǎn)子勵磁線圈供電，接收線圈與整流變換電路固連，共同形成無線電能傳輸旋轉(zhuǎn)側(cè)元器件。

本實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子勵磁裝置采用串聯(lián)-串聯(lián)補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，等效電路如圖3所示，主要包含直流電源s、諧振激勵電路p1、發(fā)射線圈e、接收線圈a、整流變換電路p2、負(fù)載l。諧振激勵電路主要由直流支撐電容、全橋電路、諧振補(bǔ)償電容組成；整流變換電路主要包含諧振補(bǔ)償電容、全橋整流電路、濾波電路組成；在本例中，負(fù)載為勵磁線圈，可表示為電感和電阻的串聯(lián)組合，在穩(wěn)態(tài)時，可等效為一個電阻。

其主要設(shè)計參數(shù)如下。

接收線圈直徑90mm，匝數(shù)15，自感25uh；

發(fā)射線圈直徑90mm，匝數(shù)15，自感25uh；

兩線圈之間同軸，軸向距離15mm，兩線圈之間互感18uh。

原邊補(bǔ)償電容容值100nf，副邊補(bǔ)償電容容值100nf；系統(tǒng)諧振頻率/工作頻率100khz；負(fù)載線圈電阻10歐姆，系統(tǒng)理論能量傳輸效率約92.8％(不計諧振激勵電路損耗)。

在勵磁系統(tǒng)工作時，諧振激勵電路p1將根據(jù)諧振無線電能傳輸原理，將直流電源電能變換成特定形式交流電，用于激勵發(fā)射線圈e，通過發(fā)射線圈e形成頻率為a、e兩線圈諧振形式的震蕩磁場。接收線圈a在震蕩磁場作用下產(chǎn)生磁共振，發(fā)射端的能量傳遞到接收端。通過諧振變換電路p2處理，將接收線圈a接收到的磁場能量轉(zhuǎn)換成直流電，并用于激勵轉(zhuǎn)子勵磁繞組，完成整個無線勵磁過程。

接收線圈a與電機(jī)轉(zhuǎn)子固連，隨電機(jī)運(yùn)行旋轉(zhuǎn)，因此與發(fā)射線圈的相對位置會變化，但接收線圈a接收發(fā)射線圈e磁場的能力并不隨其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而變化，因此電能傳輸不受電機(jī)運(yùn)動影響。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。