[发明专利]一种基于无线电能传输的同步电机无刷励磁系统

说明书

本发明是一种基于无线电能传输的同步电机无刷励磁系统。本发明涉及无线电能传输同步电机励磁技术领域，所述系统包括直流电源、逆变器、谐振补偿网络、同步电机定子、同步电机转子、鼠笼绕组、感应线圈和励磁绕组。本发明实现了利用无线电能传输技术为同步电机励磁的功能；取代了传统电励磁同步电机的电刷，可以实现无刷励磁，提高了可靠性，降低了成本，减小了维护的难度。本发明通过电机的气隙磁场传输励磁线圈所需能量，不需要在电机的转轴上增加设备，减小了电机的轴向长度和电机体积，有助于提高电机的响应速度。

技术领域

本发明涉及无线电能传输同步电机励磁技术领域，是一种基于无线电能传输的同步电机无刷励磁系统。

背景技术

对于永磁同步电机而言，由于其气隙磁场是由转子上的永磁体产生的，因此其励磁不可调，且永磁体在极端恶劣的环境下有失磁的隐患，一定程度上限制了永磁同步电机的发展。

电励磁同步电机的气隙磁场是由转子上的通电线圈产生，因此通过控制线圈中的励磁电流，即可灵活控制磁场的强弱。因此电励磁同步电机的功率因数高、且功率因数可调。但是由于增加了励磁设备，因此具有体积大、启动复杂、动态响应时间长的缺点。而且传统的电励磁同步电机需要通过电刷在转子旋转过程中及时换向，保证励磁绕组中电流的方向不变，产生旋转的磁场。电刷的存在降低了系统的可靠性，而且长期机械接触容易磨损，需定期更换，成本高，维护不便。

为了克服电刷带来的弊端，产生了无刷同步电机。其励磁方法主要有两种，一种是旋转整流器励磁，在电机的转子轴上安装一套旋转整流器设备，随转子一同旋转，整流成直流后为励磁绕组供电。另一种方式是感应式励磁，也需要在转子轴上安装一个额外的旋转感应装置，采用电磁感应的原理，一次侧通入高频交流电流，在二次侧感生出交流电压，经整流滤波后给励磁绕组供电。以上两种方法虽然取代了电刷，但是都增加了电机的轴向长度，且体积大、动态响应时间长。

如何能在取代电刷的基础上，尽可能少的增加其他设备，提高系统的集成度和响应速度，需要进一步研究。

发明内容

本发明为降低了电机体积，提高了系统的响应速度，同时可以提高系统的集成度和可靠性，本发明提供了以下技术方案：

一种基于无线电能传输的同步电机无刷励磁系统，所述系统包括直流电源、逆变器、谐振补偿网络、同步电机定子和同步电机转子；

所述直流电源为整个系统提供电能，所述直流电源连接逆变器，所述逆变器连接谐振补偿网络，所述谐振补偿网络连接同步电机定子，所述同步电机定子同时作为无线电能传输的发射线圈，所述同步电机转子包括无线电能传输的接收线圈、励磁绕组及鼠笼绕组，所述接收线圈整流后为励磁绕组供电，所述鼠笼绕组用作同步电机启动绕组。优选地，所述逆变器包括IGBT开关管S₁、IGBT开关管S₂、IGBT开关管S₃、IGBT开关管S₄、IGBT开关管S₅、IGBT开关管S₆、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、二极管D₅和二极管D₆；