转子无线励磁型可变磁通磁阻电机

1.本发明属于无线电能传输技术领域，尤其是涉及一种转子无线励磁型可变磁通磁阻电机。


背景技术：

2.现有的电机产品中，采用有刷励磁的电机，由于其电刷与滑环结构的存在，工作时会有产生电火花的风险，并且长期的摩擦工作状态需要对电刷与滑环进行定期的更换，避免因接触不良导致电机性能下降。同时，摩擦会消耗部分能量，降低能量的使用效率。
3.采用永磁体励磁的电机，内部使用的永磁材料成本占到了电机总成本的一半以上，并且在工作中会因温升问题导致永磁体产生退磁，当电机发生故障需要停车时，难以对永磁体进行灭磁。
4.现有的采用无线电能传输技术进行励磁的电机多为同步电机，其励磁装置设计的体积较大，工作时会消耗部分电能转换成旋转结构的动能，同时装置难以在保证承受旋转应力的同时兼具电磁兼容性，使得对转子磁场和定子磁场产生干扰，电气参数的分析难度，增加了失步概率，造成电机工作稳定性下降。
5.对于传统可变磁通磁阻电机，直流绕组与交流绕组都位于定子上，由于工作中产生的铁芯损耗与绕组铜耗，会使定子温度相对较高，从而导致电机电磁特性下降。由于可变磁通磁阻电机定、转子极数可灵活匹配，但转子极数为奇数的电机存在磁力不平衡以及转矩密度低的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种转子无线励磁型可变磁通磁阻电机，以至少解决背景技术中的至少一个问题。
7.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
8.转子无线励磁型可变磁通磁阻电机，包括直流输入端、逆变电路、谐振电容、发射线圈、接收线圈、整流滤波电路、电机直流绕组；
9.逆变电路接外部的直流电源，通过逆变电路逆变为设定频率的高频交流电，经发射线圈与谐振电容元件中产生高频电流，高频电流再通过发射线圈产生高频磁场，随后高频磁场将能量传递给接收线圈与谐振电容，通过整流滤波电路为后向电机的直流绕组供电。
10.进一步的，还包括封装夹板，利用封装夹板将发射线圈与电磁屏蔽材料封装。
11.进一步的，还包括封装夹板，利用封装夹板对接收线圈进行封装。
12.相对于现有技术，本发明所述的转子无线励磁型可变磁通磁阻电机具有以下有益效果：
13.本发明所述的转子无线励磁型可变磁通磁阻电机，设计的转子无线励磁型可变磁通磁阻电机，将直流绕组放置于转子上，电机内部磁场相互干扰减小，铁芯损耗更低、发热
与散热更为均匀，并且在转子极数为奇数时，可根据实际情况采取调节转子直流电流的方式来保证电磁力平衡，增加电机的转矩密度。同时，本专利设计的无线励磁装置结构简单、传输效率高、杂散损耗低，能够保证电机的各项性能稳定，促进电机技术的发展。
附图说明
14.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
15.图1为本发明实施例所述的电机电路系统样式一示意图；
16.图2为本发明实施例所述的电机电路系统样式二示意图；
17.图3为本发明实施例所述的电机绕组分布示意图；
18.图4为本发明实施例所述的电机剖面示意图；
19.图5为本发明实施例所述的无线电能传输装置线圈样式一示意图；
20.图6为本发明实施例所述的无线电能传输装置线圈样式二示意图。
具体实施方式
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
23.如图1至图3所示，电机各部分完成装配后，其内部构造如剖面图所示，在电机的后端，无线励磁电路与屏蔽材料封装后进行固定，发射端保持静止，接收端与电机转子相连并能够随之旋转。图中的屏蔽材料可使用铁氧体或纳米晶等材料，可根据电机的功率和耦合结构进行材料的选择与用量。
24.如图4和图5所示，为图1中无线励磁电路装置的封装效果图，并与屏蔽材料一同安装在固定板上，在有限空间内满足电机旋转的工作状态。图4中的线圈样式为平面圆盘形，图5的线圈样式为同轴套筒行，均可满足电机的旋转状态。
25.本方案属于无线电能传输技术与电机相结合的领域，以非接触的方式向可变磁通磁阻电机转子供电，不仅免去了一类传统电机中电刷与滑环的结构，还可减少一类永磁同步电机中稀土材料的使用，同时与传统可变磁通磁阻电机相比，直流绕组位于转子上可增加转密度，也可通过调整电流来克服转子极数为奇数带来的磁力不平衡问题。本专利中的装置采用紧凑型封装，并添加新型电磁屏蔽材料以减少能量的损耗，使得电机的工作性能得以提升。该专利制作而成的新型电机，可替代目前电力拖动设备中采用的有刷电机、永磁电机或可变磁通磁阻电机，适应性强，具有十分可观的应用前景。
26.本方案的任务在于利用无线电能传输技术向可变磁通磁阻电机转子进行供电，用以取代采用电刷励磁、永磁体励磁或是定子直流励磁的方式。无线励磁装置采用封装性设计，将电感线圈、线圈固定板、电磁屏蔽材料固定在多层夹板中，在夹板周围采用非金属材料固定，使其兼具电磁兼容、高速旋转、能量损耗低、旋转空间充足、耦合状态强的优点。直流绕组转移至转子可减少电机转矩脉动，同时可通过调节直流克服转子极数为奇数带来的磁力不平衡问题，从而提升电机的性能。
27.已有的电机产品中，采用有刷励磁的电机，由于其电刷与滑环结构的存在，工作时
会有产生电火花的风险，并且长期的摩擦工作状态需要对电刷与滑环进行定期的更换，避免因接触不良导致电机性能下降。同时，摩擦会消耗部分能量，降低能量的使用效率。
28.采用永磁体励磁的电机，内部使用的永磁材料成本占到了电机总成本的一半以上，并且在工作中会因温升问题导致永磁体产生退磁，当电机发生故障需要停车时，难以对永磁体进行灭磁。
29.已有的采用无线电能传输技术进行励磁的电机多为同步电机，其励磁装置设计的体积较大，工作时会消耗部分电能转换成旋转结构的动能，同时装置难以在保证承受旋转应力的同时兼具电磁兼容性，使得对转子磁场和定子磁场产生干扰，电气参数的分析难度，增加了失步概率，造成电机工作稳定性下降。
30.对于传统可变磁通磁阻电机，直流绕组与交流绕组都位于定子上，由于工作中产生的铁芯损耗与绕组铜耗，会使定子温度相对较高，从而导致电机电磁特性下降。由于可变磁通磁阻电机定、转子极数可灵活匹配，但转子极数为奇数的电机存在磁力不平衡以及转矩密度低的问题。
31.本方案所要解决的主要问题是，现有可变磁通磁阻电机的直流交流绕组都位于定子上，从而带来定子铁芯损耗过高、发热集中，以及转子极数奇数时所受电磁力不平衡且转矩密度低。对此设计了一种转子无线励磁型可变磁通磁阻电机。
32.本方案所采用的技术方案是：将传统可变磁通磁阻电机的直流绕组改至转子上，采用无线励磁方式将电能传输至转子的直流绕组。励磁装置所需要的电路与材料做封装处理，并安装于电机及尾部，耦合机构采用适于旋转的圆盘形或同轴大小套筒形，在电机中平行放置。本专利中电机的定子转子结构可采用6槽4极，除此之外转子极数还可根据6n
±
1来确定，n为正整数；同时定子转子数还可为6槽6n
±
1极的m倍，m为正整数。电机无线励磁装置包括直流输入端、逆变电路、谐振电容、发射线圈、接收线圈、电磁屏蔽材料、耦合机构固定板、整流滤波电路、电机直流绕组；
33.首先由外部由直流电源接入，通过逆变电路逆变为某一频率的高频交流电。经发射线圈与谐振电容元件中产生高频电流，高频电流再通过发射线圈产生高频磁场，随后高频磁场将能量传递给接收线圈与谐振电容，通过整流滤波电路为后向电机的直流绕组供电。装置中的采用封装夹板将发射线圈与电磁屏蔽材料封装在一起。接收线圈侧采用同样的方式进行封装。当电机定子三相绕组与转子直流绕组中建立磁场后，实现电能向机械能的转换使电机进行工作。
34.本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
35.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件
可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
36.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
37.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。