[发明专利]一种基于磁耦合谐振的无芯电机及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于磁耦合谐振的无芯电机及其控制方法，无芯电机包括转子和定子，转子和定子之间设有转动位置检测器，转子包括转子基座，转子基座两端分别设有一个串接有转子谐振电容的转子接收线圈，定子包括环形基座，环形基座的内壁上设有多个成对布置的驱动单元，驱动单元包括驱动基座以及相互耦合的并联有源谐振电容的定子激励线圈、串接有发射线圈谐振电容的定子发射线圈，定子发射线圈设于驱动基座的端部；控制方法包括利用磁耦合谐振驱动转子转动。本发明省略了定子上和转子上的铁基材料或永磁材料，大大减轻了电机的重量和定子和转子上的铁芯损耗，节约了成本且提高了效率，在拥有大转矩的同时也可以拥有高转速。

技术领域

本发明涉及电气工程电机，具体涉及一种基于磁耦合谐振的无芯电机及其控制方法，涉及的基于磁耦合谐振原理的无铁芯电机。

背景技术

随着经济的快速发展，我国资源损耗严重以及环境污染严重，因此政府大力提倡新能源，新能源汽车是其中必不可少的一部分，而新能源汽车中的电动机是它的核心部分。大多数常规电动机的定子和转子都包含了铁磁材料或者永磁材料。这些材料的重量都比较重，而且现在的锂电池技术到了瓶颈时期，所以现在新能源汽车的续航都不是很长。因此如何减轻电机的重量而又不减少电机的输出功率，成为亟待解决的问题。顺应新能源汽车发展的需求，无芯电机应运而生。传统的无芯电机具有没有任何铁芯构造的转子，但定子需要由高重量和价格昂贵的高磁通永磁材料构成。在没有铁芯的另一侧，转子线圈的磁阻将大于常规电动机，这将减小转子的感应场，并且因此减小由电动机产生的转矩。

综上所述，由于现有电机中，有芯电机必须要依靠铁芯来传导转子和定子之间的磁通，因此它的重量就会较大，而且还会因为涡流效应产生铁芯损耗和铁芯发热。而一般的无芯电机由于没有铁芯来传导磁通，所以它的定子必须具有很强的磁势，一般是由强磁性稀土永磁材料构成，成本非常高。而且无芯电机的线圈和碳刷易损坏，维修困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于磁耦合谐振的无芯电机及其控制方法，本发明基于磁耦合谐振的无芯电机以定子和转子线圈磁耦合谐振来代替铁芯传导磁通、从而省略了铁芯，减轻了重量，提高了电机效率，成本显著减少的同时提供高扭矩，解决了三相异步电机极对数越少转速越高，极对数越多扭矩越大的问题，实现了扭矩和转速同步。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于磁耦合谐振的无芯电机，包括转子和定子，所述转子和定子之间设有转动位置检测器，所述转子包括转子基座，所述转子基座两端分别设有一个串接有转子谐振电容的转子接收线圈，所述定子包括环形基座，所述环形基座的内壁上设有多个成对布置的驱动单元，所述驱动单元包括驱动基座，所述驱动基座上分别设有相互耦合的并联有源谐振电容的定子激励线圈、串接有发射线圈谐振电容的定子发射线圈，所述定子发射线圈设于驱动基座的端部，所述定子激励线圈包括用于和外部高频交流激励源相连的激励输入端子；所述基于磁耦合谐振的无芯电机的控制方法包括：通过转动位置检测器实时检测转子的转动位置，当转子转动到正对某一对驱动单元时，切断转子正对的该对驱动单元的高频交流激励源、使得该对驱动单元和转子失谐，转子由于惯性继续传动；当转子转动到下一对驱动单元附近时，对转子即将靠近的该对驱动单元施加高频交流激励源、使得该对驱动单元和转子发生磁耦合谐振产生电磁转矩驱动转子继续旋转。

所述转子基座采用轻质不导磁材料制成。

所述驱动基座采用轻质不导磁材料制成。

所述转动位置检测器为增量式光电编码器或者霍尔传感器。

所述激励输入端子连接有高频交流激励源。

所述高频交流激励源包括微处理器和桥式逆变器，所述微处理器输出SPWM信号驱动桥式逆变器产生高频交流激励信号作为激励输入端子的输入。