专利名称：绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置和方法
技术领域：
本发明是关于电力系统及电机领域，涉及一种绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置和方法。
背景技术：
绕线式转子同步电机具有转子成本低(无永磁材料)，易于优化控制(励磁电流可控，且不必担心不可逆退磁)，功率因数高，且具有良好的电磁转矩控制特性等优点，正越来越多地应用在各个领域，如汽车中的ISG电机，及新能源汽车驱动系统等。然而，目前现有技术中的有刷绕线式转子同步电机励磁电流传输装置包括AC-DC变换电路或DC-DC变换电路、控制器、滤波电路、电刷、滑环和转子；通过将交流电整流成直流后经直流变换器输出可调节的励磁电流，或将电池提供的直流电通过直流变换器输出可调节的励磁电流，然后通过换向器(电刷和滑环)将励磁电流引入绕线式转子，实现励磁。在励磁电流传递过程中，机械换向结构(电刷和滑环)工作时易产生火花、EMI和噪声，且极易磨损，需要经常维护，且因其机械结构较复杂，导致维修困难。
发明内容
本发明克服现有技术的缺点并解决了现有技术的问题，为此，本发明提供了一种绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置，包括一静止端以及一旋转端，所述静止端包括:静止端PCB组件，静止端固定支撑结构，静止端软磁导体以及静止端绕组，所述旋转端包括:旋转端PCB组件，旋转端固定支撑结构，旋转端软磁导体，旋转端绕组以及转子线圈；其中，所述静止端PCB组件固定安装在所述静止端固定支撑结构上，包括输入电压电流检测模块，控制模块以及双端正激变换器；其中，所述输入电压电流检测模块，连接电源，用于接入直流母线的直流电，并对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流，传输至所述控制模块；所述控制模块，用于接收所述采样电压以及所述采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一控制信号，以控制所述转子线圈的工作时电流和功率，将所述控制信号传输至所述双端正激变换器；所述双端正激变换器，包括两个开关管，用于接入所述直流母线上的直流电，将所述直流电转化为高频交流电，并根据所述控制模块发出的控制信号调节控制所述开关管的占空比，以调节所述高频交流电，将所述高频交流电传输至所述静止端绕组；所述静止端软磁导体安装在所述静止端固定支撑结构内侧；所述静止端绕组安装在所述静止端软磁导体内侧，用于接收所述高频交流电，通过所述静止端绕组、所述静止端软磁导体以及所述旋转端软磁导体将所述高频交流电传输至所述旋转端绕组；所述旋转端绕组安装在所述旋转端软磁导体内侧，与所述静止端绕组位置平行，用于接收所述高频交流电，并将高频交流电传输至所述旋转端PCB组件中；所述旋转端软磁导体安装在所述旋转端固定支撑结构内侧，与所述静止端软磁导体位置平行；所述旋转端PCB组件固定安装在所述旋转端固定支撑结构上，包括整流回馈模块以及续流灭磁模块；其中，所述整流回馈模块，包括一整流电路、一充电回路以及一放电回路，用于对所述高频交流电进行整流后传输至所述转子线圈，并利用所述充电回路以及所述放电回路，存储所述转子线圈产生的感应电动势，并将所述感应电动势反馈给所述电源；所述续流灭磁模块，用于为所述转子线圈产生的励磁电流提供续流通路，对所述转子线圈产生的励磁电流进行续流，还为所述转子线圈提供灭磁通路，以抑制所述转子线圈上产生过高的尖峰电压。本发明还提供了一种利用绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的传输方法，包括:在静止端，连接电源，接入直流母线的直流电，并对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流；接收所述采样电压以及所述采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一控制信号以控制所述转子线圈的工作时电流和功率；接入所述直流母线上的直流电，将所述直流电转化为高频交流电，并根据所述控制信号调节控制开关管的占空比，以调节所述高频交流电的大小；将所述高频交流电通过静止端绕组、静止端软磁导体以及旋转端软磁导体传输至所述旋转端绕组；在旋转端，所述旋转端绕组接收所述高频交流电；对所述高频交流电进行整流后传输至转子线圈。本发明与现有技术相比较，有以下优点:本发明提出的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置和方法，经过旋转变压器实现非接触式的励磁电流传输。静止端采用双端正激变换器，其具有结构简单，成本低，可靠性高，无桥式电路上下桥臂直通问题，漏感能量返回电源，效率高等优点；旋转端采用一个自动控制的带反并联二极管的开关管来实现整流励磁或能量回馈。通过此装置和方法，在满足对转子可调励磁电流等技术要求的同时，省去了机械换向结构。本发明还具有灭磁功能及感应能量回馈功能，提高了系统的可靠性，减少了维修难度及成本，提高了电源(或电池)的利用率。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:图1为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的侧面截面示意图；图2A为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的静止端的结构示意图；图2B为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的旋转端的结构示意图；图3为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置内的电路结构图；图4为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的控制模块结构示意图；图5为本发明另一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的侧面横截面示意图；图6A为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的静止端正面截面示意图；图6B为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的旋转端正面截面示意图；图7A为本发明一实施例利用绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的传输方法的步骤流程图；图7B为本发明另一实施例利用绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的传输方法的步骤流程图；图8为本发明一实施例生成控制信号的方法步骤流程图；图9为本发明另一实施例生成控制信号的方法步骤流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。在下文中，绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置简称为传输装置，绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输方法简称为传输方法。图1为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的侧面截面示意图。如图1所示，本实施例的传输装置包括一静止端以及一旋转端；静止端包括:静止端PCB组件11，静止端固定支撑结构12，静止端软磁导体13以及静止端绕组14 ；旋转端包括:旋转端PCB组件，旋转端固定支撑结构，旋转端软磁导体，旋转端绕组以及转子线圈；其中，静止端PCB组件11固定安装在所述静止端固定支撑结构12上，可以兼顾作为开关管的散热器，并节省了空间；静止端软磁导体13安装在静止端固定支撑结构12内侧；静止端绕组14安装在静止端软磁导体13内侧；旋转端绕组15安装在所述旋转端软磁导体16内侧，与静止端绕组14位置平行；旋转端软磁导体16安装在旋转端固定支撑结构17内侧，与静止端软磁导体13位置平行；旋转端PCB组件18固定安装在所述旋转端固定支撑结构17上，可以兼顾作为开关管的散热器，并节省了空间；传输装置的旋转端还安装有一转子线圈19。在本实施例中，静止端绕组14以及旋转端绕组15是静止端激磁电流以及旋转端感应电流的载体。在本实施例中，静止端软磁导体13以及旋转端软磁导体16为导磁材料，为磁通的传输提供路径，由可烧结磁粉制成，如铁氧体或磁粉芯。在本实施例中，如图2A所示，静止端PCB组件11包括:输入电压电流检测模块111，双端正激变换器112以及控制模块113 ；其中，输入电压电流检测模块111，连接电源，接入直流母线的直流电，并对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流，传输至控制模块113 ；控制模块113，用于接收采样电压以及采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一控制信号，以控制所述转子线圈的工作时电流和功率，将控制信号传输至双端正激变换器112 ；
在本实施例中，通过采样电压、采样电流计算出转子线圈19当前工作状态，把当前状态和给定状态进行比较，并进行相关运算，通过电流比较或者PI调节，生成一个控制开关管Ql、Q2的控制信号，以此来调节转子线圈19的工作状态达到设定值。双端正激变换器112，包括两个开关管Q1、Q2以及两个二极管Dl、D2 ;双端正激变换器112也连接于电源，接入所述直流母线上的直流电，将直流电转化为高频交流电，并根据控制模块113发出的控制信号调节控制开关管Ql、Q2的占空比，以调节高频交流电的大小，将高频交流电传输至静止端绕组14 ；静止端绕组14接收所述高频交流电，并将高频交流电通过绕组非接触式传输至旋转端绕组15中(位于图2B)。在本实施例中，旋转端绕组15通过磁耦合产生高频感应交流电。如图2B所示， 旋转端PCB组件18包括:整流回馈模块181以及续流灭磁模块182 ；结合图2A，旋转端绕组15接收静止端绕组14发送的高频交流电，并将高频交流电传输至旋转端PCB组件18中的整流回馈模块181 ;整流回馈模块181，包括一整流电路、一充电回路以及一放电回路，整流电路用于对高频交流电进行整流后传输至转子线圈19，使转子线圈19形成励磁电流，并产生转子励磁磁场；利用充电回路以及放电回路，对转子线圈19产生的感应电动势提供通路，存储转子线圈19产生的感应电动势，并将感应电动势通过电路反馈给电源；续流灭磁模块182，为转子线圈19产生的励磁电流提供续流通路，以平滑励磁电流，提供稳定的转子励磁磁场，续流灭磁模块182还提供灭磁通路，以抑制所述转子线圈上产生过高的尖峰电压。图3为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置内的电路结构图。如图3所示，传输装置内的电路结构包括:输入电压电流检测模块111、双端正激变换器112、绕组部分120、整流回馈模块181、续流灭磁模块182以及转子线圈19 (图中 Rotor)；其中，输入电压电流检测模块111连接电源，接入直流母线的直流电(A^m+和Vious-)，通过电压传感器VSENl以及电流传感器ISENl对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流，传输至控制模块113。双端正激变换器112通过控制模块113发出的控制信号调节开关管Ql、Q2的占空t匕，调节高频交流电的大小，以改变转子线圈19中的励磁电流；其中，开关管Ql、Q2可以是IGBT或MOSFET晶体管。绕组部分120包括静止端软磁导体13、静止端绕组14,旋转端绕组15,旋转端软磁导体16 ;静止端软磁导体13以及旋转端软磁导体16为磁通的传输提供路径；静止端绕组14以及旋转端绕组15是静止端激磁电流以及旋转端感应电流的载体；静止端软磁导体13以及静止端绕组14将高频交流电通过非接触式传输至旋转端绕组15以及旋转端软磁导体16。整流回馈模块181中包括开关管Q3，稳压管ZDl，电容Cl，二极管D4、电阻Rl以及电阻R2。续流灭磁模块182中包括续流二极管D3以及电容C2。其中，通过开关管Q3管中的反并联二极管对高频交流电进行整流后传输到转子线圈19，最终实现非接触式(隔离式)的励磁电流传输。在本实施例中，电压传感器VSENl可以是电阻分压或者霍尔、光耦等隔离采样。在本实施例中，电流传感器ISENl可以是电阻或者霍尔、光耦等隔离采样。在本实施例中，通过调节电阻R1、电阻R2、二极管D4，稳压管ZD1，电容Cl的参数，很容易实现开关管Q3的开关控制时序。其中，电阻R1，电容Cl和稳压管ZDl构成充电回路并钳位电容Cl充电电压不超过稳压值；二极管D4，电阻R2和电容Cl构成放电回路。当双端正激变换器112停止工作时(未向转子线圈19输送励磁电流)，由于定子旋转磁场的存在，将在转子线圈19上产生感应电动势，当感应电动势方向上正下负时，将会对电容Cl进行充电，充电电压达到开关管Q3的开启阀值时，开关管Q3导通，旋转部分120的旋转端绕组15流过感应电流，并通过双端正激变换器112回馈给电源(或电池)，以免绕组上的高电压击穿转子绝缘层，实现能量回馈功能。在本实施例中，当双端正激变换器112中开关管Ql、Q2关断时，转子线圈19电流通过续流二极管D3续流。由于绕线式转子具有电感特性，可以复用为双端正激变换器112中扼流圈而减少整个变换器的体积和成本。励磁电流纹波大小可以通过调整双端正激变换器112工作频率来控制。在本实施例中，当双端正激变换器112停止工作时，转子线圈19的绕线电感中的励磁，通过续流二极管D3构成灭磁回路，将能量迅速消耗在转子绕线上，以抑制转子绕线上产生过高的尖峰电压，以免绕组上产生过高的感应电动势击穿转子绝缘层，实现灭磁功倉泛。对于回馈功能和灭磁功能，这只是一种非常态工作方式，和正常的转子励磁工作状态不会同时出现，目的是防止转子线圈产生过高的反电势损坏电机或本装置，并回馈一部分能量。在本实施例中，电容C2为滤波电容。结合图3，图4所示为本发明一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的控制模块结构示意图。如图4所示，控制模块113连接外部控制单元200 ;其中，包括电压检测单元1131，电流检测单元1132，温度检测单元1133，MCU控制单元1134，驱动电路一 1135，驱动电路二 1136以及通信单元1137 ；电压检测单元1131，接收采样电压，对采样电压进行调理，生成电压调理信号，发送至MCU控制单元1134 ；电流检测单元1132，接收采样点刘，对采样电流进行调理，生成电流调理信号，发送至MCU控制单元1134 ；MCU控制单元1134，接收电压调理信号电流调理信号，并根据电压调理信号以及电流调理信号计算出转子线圈19工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一个控制开关管Ql、Q2的控制信号来控制转子线圈19工作时的电流和功率，使得转子线圈19的工作状态达到设定值；驱动电路1135接收控制信号，并对控制信号进行隔离放大，驱动控制开关管Ql导通或截止；驱动电路1136接收控制信号，并对控制信号进行隔离放大，驱动控制开关管Q2导通或截止。在本实施例中，由于绕组部分120具有隔离传送电能的特点，以及对电压、电流具有确定的变比特性。转子线圈19为绕线式励磁线圈，可以等效为一个大电感和电阻的串联，因此通过在MCU控制单元1134中设计、编写程序，根据直流母线电压与电流计算出转子线圈19的电流和功率，最后通过调节双端正激变换器112中的开关管Ql、Q2的占空比，实现调节转子线圈19中励磁电流的大小。在本实施例中，控制模块113还包括温度检测单元1133，温度检测单元1133用于检测传输装置内的温度，生成温度信号，发送至MCU控制单元1134 ；MCU控制单元1134通过温度信号，分析传输装置工作温度，进行判断处理，决定装置是否需要正常、降额或停机运行，生成温度控制信号，发送至驱动电路1135以及驱动电路1136。在本实施例中，控制模块113还包括通信单元1137，通信单元1137用于与外部控制单元200连接，获取外部控制信号，通过CAN或FlexRay或485的通信方式，将外部控制信号传输至MCU控制单元1134 ；MCU控制单元1134接收外部控制信号，并将所述外部信号处理后发送至驱动电路1135以及驱动电路1136。在另一实施例中，外部控制单元200(绕线式同步电机定子驱动控制单元)通过CAN总线(或FlexRay或485或者其他通信方式)发送启动、给定励磁电流值、停机等指令到传输装置的MCU控制单元1134，然后MCU控制单元1134会根据传输装置当前状态和给定指令要求运行，并实时检测直流母线电压和电流，通过计算和PI调节，输出外部控制信号(PWM信号)，通过驱动电路1135以及驱动电路1136，控制开关管Q1、Q2的通断，输出稳定的随给定指令变化的励磁电流，使绕线式同步电机以一定速度和转矩运行，同时MCU控制单元1134可以向外部控制单元200上报反馈传输装置当前运行状态。结合图1，如图5所示，为本发明另一实施例的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的侧面横截面示意图；其中，相比较图1的传输装置，本实施例的传输装置还包括:电机定子机壳20，静止端锁紧螺钉21，旋转端锁紧螺钉22以及转子转轴23 ;其中，静止端固定支撑结构12固定安装在所述电机定子机壳20内侧；静止端锁紧螺钉21可在U型槽内轴向移动，调整静止端软磁导体13以及旋转端软磁导体16之间的间隙，并锁紧静止端固定支撑结构12以及静止端软磁导体13 ；旋转端锁紧螺钉22用于锁紧旋转端固定支撑结构17以及旋转端软磁导体16 ；转子转轴23穿过静止端固定支撑结构12，旋转端固定支撑结构17、旋转端锁紧螺钉22以及转子转组19固定安装在转子转轴23上。结合图1以及图5，如图6A以及图6B所示为本发明实施例的传输装置的静止端以及旋转端的正面截面示意图。其中，如图6A所示，静止端由外而内分别为静止端固定支撑结构12、静止端软磁导体13、静止端绕组14、静止端软磁导体13、静止端固定支撑结构12以及最内侧的转子转轴23，转子转轴23可在静止端固定支撑结构12内转动。如图6B所示，旋转端由外而内分别为旋转端固定支撑结构17、旋转端软磁导体16、旋转端绕组15、旋转端软磁导体16、旋转端固定支撑结构17以及转子转轴23,旋转端固定支撑结构17固定在装载转子转轴23，转子转轴23转动会带动旋转端的所有器件转动。在本实施例中，静止端靠外侧的静止端固定支撑结构12以及静止端软磁导体13为有镂空的圆周形，而旋转端的旋转端固定支撑结构17以及旋转端软磁导体16为一个完整的圆周形，这样有利于工作时旋转绕组以及软磁导体的散热。结合图1、图5、图6A以及图6B，在本发明实施例中，旋转端软磁导体16的横截面积大于静止端软磁导体13的横截面积，这样有利于消除由于安装时偏心产生的漏磁。结合图1至图3，图7A为本发明一实施例利用传输装置的传输方法步骤流程图。如图7A所示,包括:步骤S701，在传输装置的静止端，连接电源，接入直流母线的直流电，并对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流。步骤S702，接收采样电压以及采样电流，计算出转子线圈19工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一控制信号以控制转子线圈19的工作时电流和功率。在本实施例中，通过采样电压、采样电流计算出转子线圈19当前工作状态，把当前状态和给定状态进行比较，并进行相关运算，通过电流比较或者PI调节，生成一个控制开关管Ql、Q2的控制信号，以此来调节转子线圈19的工作状态达到设定值。步骤S703，接入直流母线上的直流电，将直流电转化为高频交流电，并根据控制信号调节控制开关管Ql、Q2的占空比，以调节闻频交流电的大小。步骤S704，将高频交流电通过静止端绕组14、静止端软磁导体13以及旋转端软磁导体16传输至旋转端绕组15。步骤S705，在传输装置的旋转端，旋转端绕组15接收高频交流电。在本实施例中，旋转端绕组15通过磁耦合产生高频感应交流电。步骤S706，对高频交流电进行整流后传输至转子线圈19，使转子线圈19形成励磁电流，并产生转子励磁磁场。相比较图7A所示的步骤流程图，图7B为本发明另一实施例利用传输装置的传输方法步骤流程图。如图7B所示，相比较图7A的步骤，还包括:步骤S707，对转子线圈19产生的感应电动势提供通路，存储转子线圈19产生的感应电动势，并将所述感应电动势反馈给电源。步骤S708，对转子线圈19产生的励磁电流进行续流，以平滑励磁电流，提供稳定的转子励磁磁场，并对转子线圈19进行灭磁，以抑制转子线圈19上产生过高的尖峰电压。步骤S707以及步骤S708中的回馈和灭磁只是一种非常态工作方式，目的是防止转子线圈产生过高的反电势损坏电机或本装置。在本发明实施例中，结合图4，步骤S702生成控制信号的方法还包括以下步骤，如图8所示:步骤S801，接收采样电压后，对采样电压进行调理，生成电压调理信号。 步骤S802，接收采样电流后，对采样电流进行调理，生成电流调理信号。步骤S803，根据电压调理信号、电流调理信号计算出转子线圈19工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，如电流比较或者PI调节，生成一个控制开关管Q1、Q2的控制信号来控制转子线圈19工作时的电流和功率，使得转子线圈19的工作状态达到设定值。步骤S804，根据控制信号，驱动控制开关管Q1、Q2导通或截止。在另一实施例中，结合图4，步骤S702生成控制信号的方法还包括以下步骤，如图9所示:
步骤S901，检测传输装置内的温度，生成温度信号。步骤S902，根据外部的控制获取外部控制信号。步骤S903，MCU控制单元1134接收所述温度信号，并根据温度信号进行判断处理，生成温度控制信号，驱动控制开关管Ql、Q2导通或截止。在本实施例中，MCU控制单元1134通过温度信号，分析传输装置工作温度，进行判断处理，决定装置是否需要正常、降额或停机运行，生成温度控制信号。步骤S904，MCU控制单元1134接收外部控制信号，驱动控制开关管Ql、Q2导通或截止。本发明提出的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置和方法，经过旋转变压器实现非接触式的励磁电流传输。静止端采用双端正激变换器，其具有结构简单，成本低，可靠性高，无桥式电路上下桥臂直通问题，漏感能量返回电源，效率高等优点；旋转端采用一个自动控制的带反并联二极管的开关管来实现整流励磁或能量回馈。通过此装置和方法，在满足对转子可调励磁电流等技术要求的同时，省去了机械换向结构。本发明还具有灭磁功能及感应能量回馈功能，提高了系统的可靠性，减少了维修难度及成本，提高了电源(或电池)的利用率。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置，其特征在于，包括一静止端以及一旋转端，所述静止端包括:静止端PCB组件,静止端固定支撑结构,静止端软磁导体以及静止端绕组，所述旋转端包括:旋转端PCB组件，旋转端固定支撑结构，旋转端软磁导体，旋转端绕组以及转子线圈；其中， 所述静止端PCB组件固定安装在所述静止端固定支撑结构上，包括输入电压电流检测模块，控制模块以及双端正激变换器；其中， 所述输入电压电流检测模块，连接电源，用于接入直流母线的直流电，并对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流，传输至所述控制模块； 所述控制模块，用于接收所述采样电压以及所述采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一控制信号，以控制所述转子线圈的工作时电流和功率，将所述控制信号传输至所述双端正激变换器； 所述双端正激变换器，包括两个开关管，用于接入所述直流母线上的直流电，将所述直流电转化为高频交流电，并根据所述控制模块发出的控制信号调节控制所述开关管的占空t匕，以调节所述高频交流电，将所述高频交流电传输至所述静止端绕组； 所述静止端软磁导体安装在所述静止端固定支撑结构内侧； 所述静止端绕组安装在所述静止端软磁导体内侧，用于接收所述高频交流电，通过所述静止端绕组、所述静止端软磁导体以及所述旋转端软磁导体将所述高频交流电传输至所述旋转端绕组； 所述旋转端绕组安装在所述旋转端软磁导体内侧，与所述静止端绕组位置平行，用于接收所述高频交流电，并将高频交流电传输至所述旋转端PCB组件中； 所述旋转端软磁导体安装在所述旋转端固定支撑结构内侧，与所述静止端软磁导体位置平行； 所述旋转端PCB组件固定安装在所述旋转端固定支撑结构上，包括整流回馈模块以及续流灭磁模块；其中， 所述整流回馈模块，包括一整流电路、一充电回路以及一放电回路，用于对所述高频交流电进行整流后传输至所述转子线圈，并利用所述充电回路以及所述放电回路，存储所述转子线圈产生的感应电动势,并将所述感应电动势反馈给所述电源； 所述续流灭磁模块，用于为所述转子线圈产生的励磁电流提供续流通路，对所述转子线圈产生的励磁电流进行续流，还为所述转子线圈提供灭磁通路，以抑制所述转子线圈上产生过高的尖峰电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置上还包括电机定子机壳，静止端锁紧螺钉，旋转端锁紧螺钉以及转子转轴；其中， 所述静止端固定支撑结构固定安装在所述电机定子机壳内侧； 所述静止端锁紧螺钉用于调整静止端软磁导体以及旋转端软磁导体之间的间隙，并锁紧所述静止端固定支撑结构以及所述静止端软磁导体； 所述旋转端锁紧螺钉用于锁紧所述旋转端固定支撑结构以及所述旋转端软磁导体； 所述转子转轴穿过所述静止端固定支撑结构，所述旋转端固定支撑结构、所述旋转端锁紧螺钉以及所述转子转组固定安装在所述转子转轴上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述静止端软磁导体以及所述旋转端软磁导体由铁氧体或磁粉芯制成。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所示开关管为IGBT或MOSFET晶体管。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述静止端软磁导体与所述静止端固定支撑结构的横截面为有镂空的圆周形。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转端软磁导体的横截面积大于所述静止端软磁导体，所述旋转端软磁导体与所述旋转端固定支撑结构横截面为完整的圆周形。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括电压调理单元、电流调理单元、MCU控制单元、第一驱动电路以及第二驱动电路；其中， 所述电压调理单元，用于对所述采样电压进行调理，生成电压调理信号，发送至所述MCU控制单元； 所述电流调理单元，用于对所述采样电流进行调理，生成电流调理信号，发送至所述MCU控制单元； 所述MCU控制单元，用于接收所述电压调理信号以及电流调理信号，并根据所述电压调理信号、电流调理信号计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，生成一个控制所述开关管的控制信号来控制所述转子线圈工作时的电流和功率； 所述第一驱动电路接收所述控制信号，驱动控制第一开关管导通或截止； 所述第二驱动电路接收所述控制信号，驱动控制第二开关管导通或截止。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制模块还包括温度检测单元以及通信单元；其中， 所述温度检测单元用于检测所述装置内的温度，生成温度信号，发送至所述MCU控制单元； 所述通信单元用于与外部控制单元连接，获取外部控制信号，通过CAN或FlexRay或485的通信方式，将所述外部控制信号传输至所述MCU控制单元。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述MCU控制单元还用于接收所述温度信号，以通过温度信号分析所述装置工作温度，生成温度控制信号，并发送至所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路； 所述MCU控制单元还接收所述外部控制信号，并将所述外部控制信号发送至所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路。
10.一种利用权利要求1的绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置的传输方法，其特征在于，包括: 在静止端，连接电源，接入直流母线的直流电，并对电压和电流进行采样，生成采样电压以及采样电流； 接收所述采样电压以及所述采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，与一设定值进行比较，生成一控制信号以控制所述转子线圈的工作时电流和功率； 接入所述直流母线上的直流电，将所述直流电转化为高频交流电，并根据所述控制信号调节控制开关管的占空比，以调节所述高频交流电的大小； 将所述高频交流电通过静止端绕组、静止端软磁导体以及旋转端软磁导体传输至所述旋转端绕组；在旋转端，所述旋转端绕组接收所述高频交流电； 对所述高频交流电进行整流后传输至转子线圈。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 对所述转子线圈产生的感应电动势提供通路，存储转子线圈产生的感应电动势，并将所述感应电动势反馈给所述电源； 对所述转子线圈产生的励磁电流进行续流，并对所述转子线圈进行灭磁，以抑制所述转子线圈上产生过高的尖峰电压。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述接收所述采样电压以及所述采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，生成一控制信号以控制所述转子线圈的工作时电流和功率包括: 对所述采样电压进行调理，生成电压调理信号； 对所述采样电流进行调理，生成电流调理信号； 根据所述电压调理信号、电流调理信号计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，生成一个控制所述开关 管的控制信号来控制所述转子线圈工作时的电流和功率； 根据所述控制信号，驱动控制所述开关管导通或截止。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述接收所述采样电压以及所述采样电流，计算出所述转子线圈工作时的电流和功率，生成一控制信号以控制所述转子线圈的工作时电流和功率还包括: 检测所述装置内的温度，生成温度信号； 根据外部的控制获取外部控制信号； MCU控制单元接收所述温度信号，并根据所述温度信号进行判断处理，生成温度控制信号，并发送至所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路； 所述MCU控制单元还接收所述外部控制信号，并将所述外部控制信号发送至所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路。
全文摘要
本发明公开了一种绕线式转子同步电机励磁电流非接触式传输装置和方法，其中，所述装置包括一静止端以及一旋转端，静止端包括静止端PCB组件，静止端固定支撑结构，静止端软磁导体以及静止端绕组，旋转端包括旋转端PCB组件，旋转端固定支撑结构，旋转端软磁导体，旋转端绕组以及转子线圈；本发明实施例的装置和方法，在满足对转子可调励磁电流技术要求的同时，省去了机械换向结构；本发明还具有灭磁功能及感应能量回馈功能，提高了系统的可靠性，减少了维修难度及成本，提高了电源的利用率。
文档编号H02J17/00GK103199637SQ201310125658
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者吴跃飞, 朱培骏 申请人:乐金电子研发中心(上海)有限公司