[发明专利]同步电机转子励磁能量与位置信息协同传输系统及方法

说明书

本发明涉及一种同步电机转子励磁能量与位置信息协同传输系统及方法，该系统包括位于静止侧的谐振励磁发射线圈和位置信号接收线圈，以及随转子旋转的励磁能量接收线圈和位置信号反馈线圈；谐振励磁发射线圈和励磁能量接收线圈的谐振频率为基波频率，位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈的谐振频率为谐波频率；谐振励磁发射线圈提供基波阶次能量激励和谐波阶次信号激励，励磁能量接收线圈拾取基频电磁波实现电机转子励磁，位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈拾取谐波实现电机转子位置信息的传输。与现有技术相比，本发明能够同时实现同步电机的高效高可靠励磁及高精度位置检测，对于提高电机运行可靠性、空间利用率具有着重要的现实意义。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其是涉及一种同步电机转子励磁能量与位置信息协同传输系统及方法。

背景技术

同步电机由于其高效、转矩密度高以及无需永磁材料等技术优势，目前广泛应用在发电、大功率牵引等应用中。然而，传统同步电机需要通过电刷、滑环等低可靠结构实现转子励磁；同时，为了实现矢量控制的磁链定向，还需要由旋转变压器获取电机转子位置，使得电机结构更为复杂，同时也降低了系统的可靠性。近年来兴起的无线电能传输技术(Wireless Power Transfer，WPT)，凭借其高效、高可靠等技术优势获得了广泛的关注，目前存在部分研究考虑WPT在同步电机励磁方面的应用及位置检测相关的探索，但是，为实现多套系统的复用将不可避免的降低电机功率密度，其复杂结构也将带来可靠性问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述励磁系统和位置检测系统复杂结构及可靠性问题而提供一种同步电机转子励磁能量与位置信息协同传输系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种同步电机转子励磁能量与位置信息协同传输系统，该系统包括谐振励磁发射线圈、励磁能量接收线圈、位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈，所述的谐振励磁发射线圈和位置信号接收线圈位于静止侧，所述的励磁能量接收线圈和位置信号反馈线圈随转子旋转；

所述的谐振励磁发射线圈和励磁能量接收线圈的谐振频率为基波频率，所述的位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈的谐振频率为谐波频率；

所述的谐振励磁发射线圈用于提供基波阶次能量激励和谐波阶次信号激励，所述的励磁能量接收线圈用于拾取气隙空间的基频电磁波实现电机转子励磁，所述的位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈用于分别拾取气隙空间的谐波进行电子转子位置信息并进行调制与解调实现电机转子位置信息的传输。

优选地，所述的谐振励磁发射线圈连接用于提供气隙磁场能量的电源，所述的励磁能量接收线圈通过整流滤波电路连接至同步电机转子励磁绕组，所述的位置信号接收线圈连接有位置解码电路，所述的位置信号反馈线圈连接阻性负载。

优选地，所述的谐振励磁发射线圈连接有用于提供气隙磁场能量的逆变器，所述的逆变器的输出电压设置为占空比随移相角变化的方波，表示为基波与奇次谐波的叠加：

其中，U_inverter为逆变器输出电压，U_dc为逆变器直流侧电压，k为正奇数，α为移相角，ω为电压角频率，t为时间。

优选地，所述的谐振励磁发射线圈和励磁能量接收线圈的谐振频率选择为逆变器输出电压的基波频率，所述的位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈的谐振频率选择为逆变器输出电压的3次谐波频率。

优选地，所述的谐振励磁发射线圈、励磁能量接收线圈、位置信号接收线圈和位置信号反馈线圈均采用串联谐振拓扑补偿。