[发明专利]一种非接触励磁同步电机及其自适应阻抗匹配方法

说明书

本发明公开了一种非接触励磁同步电机及其自适应阻抗匹配方法,包括电机外壳8，以及电机外壳8内部的定子、转子；定子和转子之间通过电磁耦合传递能量；定子包括依次连接的控制器3、高频逆变2和初级线圈9，转子由次级线圈10、转子铁心5、转子转轴6、励磁绕组7和整流器4组成，本发明使得电机定子转子之间不需要电刷和换向器，就能够进行无接触励磁，从而避免电刷和换向器摩擦带来的危害，使得电励磁电机运行更加安全，适应性更强，更能适应电动汽车上遇到的复杂工况。

技术领域

本发明属于无线传能技术领域，具体包括电励磁电机定转子无接触励磁能量传输以及非接触励磁同步电机的自适应阻抗匹配的研究。

背景技术

由于永磁同步电机具有结构简单，控制便捷等优点，所以当前电动汽车大都使用的是永磁同步电机，但是永磁同步电机也有着不可规避的缺点，其永磁体造假昂贵，且永磁体容易退磁。基于此，我们提出了采用电励磁同步电机代替永磁电机的方法，将电励磁同步电机应用在电动汽车上，由于电励磁同步电机具有调速简单，成本低，容错性更好的优点，所以更能适应电动汽车运行在各种复杂工况环境。

在传统的电励磁同步电机中，电机的定子和转子之间需要通过换向器和电刷改变电流的方向，由于电刷和换向器的摩擦作用，有时会产生换向火花，危害使用装备，尤其是在一些精密场所中，是很危险的情况。基于此，我们提出了电机定子和转子无线传能的方法，即电机的定子和转子之间不需要电气连接就能传递能量，通过电磁谐振原理，使得电机的定子和转子之间能量可以无接触传递，实现无接触励磁，改变了原有的电励磁同步电机必须依靠电刷和换向器的弊端，能够应用到更加精密安全的场合，使用的时候更加的安全和环保。

由于车辆所处的运行环境很复杂，有时需要上坡或者高速运行，所以在电励磁同步电机工作过程中，这都需要对电机转子的电流进行随时控制，又因为电励磁同步电机无线传能系统是一个高度机电磁一体化系统，其非接触式励磁能量传输方法面临的是一个非线性、可旋转、变参数阻感负载，为了保证能量的最大功率传输，必须时刻保持阻抗匹配，通过引入改进粒子群算法，能够保证转子等效负载传输保持最大功率传输。

发明内容

本发明针对非接触励磁同步电机自适应阻抗匹配，提出一种新型的电励磁同步电机无线传能的方法，避免了传统电励磁同步电机定子和转子之间电刷和滑环之间的摩擦带来的危害，不会产生换向火花，使得电励磁同步电机运行时，更加安全环保。其次，分析了无接触励磁同步电机搭载在电动汽车上，而电动汽车的运行工况很复杂，由于非接触式励磁能量传输方法面临的是一个非线性、可旋转、变参数阻感负载，为了保证电路中能量满足最大功率传输，必须时刻保持阻抗匹配，这就要求电路能够自适应调整阻抗匹配，才能始终保持最大功率传输。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种非接触励磁同步电机，包括电机外壳8，以及电机外壳8内部的定子、转子；定子和转子之间通过电磁耦合传递能量；

定子包括依次连接的控制器3、高频逆变2和初级线圈9，其中控制器3在直流母线电压供电下完成对高频逆变器2的控制，驱动信号经功率放大控制逆变器功率开关管，实现直流电能转化为交流电能的逆变过程，将交流电能提供给初级线圈9，初级线圈9在交流电能的作用下产生交变磁场；

转子由次级线圈10、转子铁心5、转子转轴6、励磁绕组7和整流器4组成，次级线圈10连接整流器4，整流器4连接励磁绕组7，转子转轴6上套有转子铁心5，转子铁心5上绕有励磁绕组7；初级线圈9产生交变磁场，通过气隙耦合到次级线圈10产生交变的励磁电流，经整流器4整流后供给转子励磁绕组7，从而产生电机的励磁磁场。

进一步，还包括输出直流电的车载电池1，控制器3可以控制经高频逆变电路2，将车载电池1输出的直流电逆变成设定频率为ω的交流电。

进一步，次级线圈10的参数结构与初级线圈9相同，在初次线圈9发生谐振时，能够将能量由共振原理传输到次级线圈10上，次级线圈10此时也会发生谐振，感应出交流电。