[发明专利]一种无刷电励磁同步电机耦合谐振式励磁系统绕组互补偿结构

说明书

本发明提出了一种无刷电励磁同步电机耦合谐振式励磁系统绕组互补偿结构，包括原边电路和副边电路；原边电路包括第一谐振补偿拓扑，电机控制器以及定子电枢绕组系统；副边电路包括副边接收电感，第二谐振补偿拓扑，高频整流单元和转子励磁绕组；第一谐振补偿拓扑与定子电枢绕组系统相连接，并通过电机控制器进行控制；副边接收电感、第二谐振补偿拓扑、高频整流单元和转子励磁绕组顺次连接，本发明针对谐振耦合无线励磁同步电机系统，在已复用定子电枢绕组作为发射电感的基础上，再次复用电枢绕组，将其等分作为谐振网络拓扑中的补偿电感和发射电感，构建双耦合系统实现双发射以及互相补偿，从而省去外接补偿电感，降低系统体积。

技术领域

本发明涉及电励磁同步电机励磁方法和无线电能传输领域，具体地，涉及一种无刷电励磁同步电机耦合谐振式励磁系统绕组互补偿结构。

背景技术

在电动汽车等驱动电机领域，永磁同步电机因高功率密度应用发展迅速，但其存在永磁磁场不可调节、弱磁工作区受限、稀土资源短缺，价格昂贵等问题，而电励磁同步电机的低速转矩更大，高速恒功率范围更宽，效率更高，更契合电动汽车所需求的更高的扩速比，更低的成本。但是电励磁同步电机的一个主要问题是需要使用滑环和碳刷，机械磨损和火花降低了系统可靠性。无刷励磁问题已成为限制该种电机广泛应用的技术瓶颈，是电机系统前沿发展的重要科学问题。

目前国内外已提出数个无刷励磁的技术方案，如励磁机无刷励磁方案、谐波式无刷励磁方案、感应式无刷励磁方案等。这些方法虽然取代了电刷，但是普遍存在一些问题，如励磁机式需要外加励磁设备，占用体积过大；谐波式通常利用三次谐波能量励磁，频率与基波过于接近致使电机磁场畸变、功率因数不高；感应式通常在定转子端各增设一套绕组，励磁调节范围受限，效率一般不高。针对以上，目前的谐振耦合无线励磁方式很好的克服了这些缺点，在控制灵活性、可调节性、集成性等多个角度具有较好性能。该方式采用无线电能传输在谐振状态下进行励磁能量传输，实现励磁电流的全范围调节，需要在定转子端分别进行谐振补偿，使能量在定频下传输以降低其余频率阶次的谐波含量，降低损耗大小，提升电机运行功率因数和效率。由于该系统复用定子电枢绕组作为发射电感，在原端谐振补偿拓扑中为保证传输频率恒定，要求补偿电感和电枢绕组电感大小相等，而电机中定子电枢绕组电感量一般较大，另外增设补偿电感会增大体积，不易随电机安装，不利于功率密度提升。

为解决上述问题，提出本专利：无刷电励磁同步电机耦合谐振式励磁系统绕组互补偿结构，将定子电枢绕组进行分段等分处理，每段均可作为发射电感并实现互相补偿，无需另加补偿电感，不存在体积大、不易在电机内安装等问题。

发明内容

本发明在复用定子电枢绕组作为发射电感的基础上，提出了一种无刷电励磁同步电机耦合谐振式励磁系统绕组互补偿结构，将定子绕组的中心抽头引出，将定子绕组等分成两段电感，构成双耦合无线传能系统，两段电感分别作为发射电感及对方的补偿电感，无需外接补偿电感。

本发明通过以下技术方案实现：

一种无刷电励磁同步电机耦合谐振式励磁系统绕组互补偿结构：

所述补偿结构包括原边电路和副边电路；

所述原边电路包括第一谐振补偿拓扑，电机控制器以及定子电枢绕组系统；

所述副边电路包括副边接收电感L_S，第二谐振补偿拓扑，高频整流单元和转子励磁绕组；

所述第一谐振补偿拓扑与定子电枢绕组系统相连接，所述电机控制器控制定子电枢绕组系统；

所述副边接收电感L_S、第二谐振补偿拓扑、高频整流单元和转子励磁绕组顺次连接。

进一步地，所述定子电枢绕组系统包括n组定子电枢绕组；

所述n组定子电枢绕组的每组定子电枢绕组结构相同且末端接到共同中性点上；