[发明专利]高频感应式无线馈电电励磁同步电机

说明书

根据本发明所涉及的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，包括外壳部、旋转轴、可转动变压器部、电机主体部以及控制组件，可转动变压器部与电机主体部分别位于旋转轴的两端。可转动变压器部包括一次侧单元与二次侧单元，电机主体部包括转子单元与定子单元，控制组件与一次侧单元电连接。因为本发明的转子不使用永磁材料，采用无线馈电方式，与永磁同步电机相比，无线馈电电励磁同步电机的气隙磁场可以调节，不需采用降低电机效率的弱磁控制，就可以提高其最高运行速度，并且在高速运转时无线馈电电励磁同步电机及其驱动器的效率大为提高并且在所有的可运行区域的速度控制更加灵活，更容易实现全部运行区域的高效率运行。

技术领域

本发明属于电机领域，具体涉及一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机。

背景技术

近十多年来同步电机的应用取得了飞速发展，比如工矿中用的大容量轧钢机、大功率的提升机、风机、水泵等都采用同步电机。现在同步电机已延伸到许多领域。比如电动汽车。同步电机通常分为永磁同步电机和电励磁同步电机两种。

近些年来由于永磁磁钢用的稀土材料供应量受到管控，稀土原料价格不断上涨、使得永磁同步电机的制造与使用成本极大增加，同时永磁同步电机的气隙磁场在宽调速范围的高速段难以高效率节能的方式调节以及在高温、强磁等恶劣环境下容易导致磁钢失磁等弊端在一定程度上也限制了永磁同步电机在诸如海上风力发电等许多领域内的应用。

有刷电励磁同步电机在许多场合下仍然还有许多应用。但是有刷电励磁同步电机由于有电刷滑环结构，运行中容易产生火花和粉尘，这些都影响电机长期运行的安全可靠、而且污染环境，特别是在有煤尘、瓦斯等易燃易爆气体的恶劣环境下和维护十分困难的大型风力发电系统中，有刷电励磁同步电机应用也常常受限。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，通过自身具有的可转动变压器部配合对应控制方法实现非接触式馈电励磁并对励磁绕组电流进行调节进而使得旋转轴旋转速率改变，从而拓展电机的最高转速。

本发明提供了一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机，具有这样的特征，包括：外壳部，为中空壳体；旋转轴，一端位于外壳部内部并与该外壳部旋转连接，另一端位于外壳部外部；可转动变压器部，位于外壳部内部，可转动变压器部为套筒式结构，包括同轴设置的一次侧单元与二次侧单元，与外壳部连接的一次侧单元包括一次侧线圈，与旋转轴连接的二次侧单元包括二次侧线圈；电机主体部，位于外壳部内部，电机主体部包括转子单元与定子单元，定子单元与外壳部连接，转子单元与旋转轴连接，转子单元与二次侧线圈电连接，转子单元包括转子励磁绕组；以及控制组件，与一次侧线圈电连接，其中，一次侧单元与二次侧单元均为圆筒状，二次侧单元位于一次侧单元内侧，二次侧单元与一次侧单元间有第一空气间隙，

对定子单元施加定子绕组电流，通过控制组件向一次侧线圈内通入第一电流使得在二次侧线圈内产生第二电流，转子单元将第二电流转换为励磁绕组电流，励磁绕组电流使得转子单元产生第一磁场，第一磁场与定子绕组电流共同作用使得转子单元带动旋转轴旋转，转子单元根据励磁绕组电流生成相应的数字信号，数字信号通过二次侧单元被传送给一次侧单元，一次侧单元再将数字信号传送给控制组件，控制组件将数字信号与预定的目标励磁电流值进行比较并根据比较结果调节第一电流进而改变励磁绕组电流使得旋转轴旋转速率改变。

在本发明提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，一次侧单元包括圆筒状一次侧铁芯，一次侧铁芯由两个形状对称的铁芯拼接圆环销接形成，铁芯拼接圆环的接合面表面沿该接合面圆周设置有圆形线圈槽。

在本发明提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，控制组件包括逆变电路，逆变电路与一次侧线圈电连接，外部直流电通过逆变电路形成第一电流，第一电流的频率为1KHz-10MHz。

在本发明提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，第一空气间隙处处相等，第一空气间隙的设置范围为0.1mm-2mm。