全文摘要
根据本实用新型所涉及的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，包括外壳部、旋转轴、可转动变压器部、电机主体部以及控制组件，可转动变压器部与电机主体部分别位于旋转轴的两端。可转动变压器部包括一次侧单元与二次侧单元，电机主体部包括转子单元与定子单元，控制组件与一次侧单元电连接。因为本实用新型的转子单元不使用永磁材料，采用无线馈电方式，与永磁同步电机相比，无线馈电电励磁同步电机的气隙磁场可以调节，不需采用降低电机效率的弱磁控制，就可以提高其最高运行速度，并且在高速运转时无线馈电电励磁同步电机及其驱动器的效率大为提高并且在所有的可运行区域的速度控制更加灵活，更容易实现全部运行区域的高效率运行。
主设计要求
1.一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于，包括：外壳部，为中空壳体；旋转轴，一端位于所述外壳部内部并与该外壳部旋转连接，另一端位于所述外壳部外部；可转动变压器部，位于所述外壳部内部，所述可转动变压器部为套筒式结构，包括同轴设置的一次侧单元与二次侧单元，与所述外壳部连接的所述一次侧单元包括一次侧线圈，与所述旋转轴连接的所述二次侧单元包括二次侧线圈；电机主体部，位于所述外壳部内部，所述电机主体部包括转子单元与定子单元，该定子单元与所述外壳部连接，所述转子单元与所述旋转轴连接，所述转子单元与所述二次侧线圈电连接，所述转子单元包括转子励磁绕组；以及控制组件，与所述一次侧线圈电连接，其中，所述一次侧单元与所述二次侧单元均为圆筒状，所述二次侧单元位于所述一次侧单元内侧，所述二次侧单元与所述一次侧单元间有第一空气间隙，对所述定子单元施加定子绕组电流，通过所述控制组件向所述一次侧线圈内通入第一电流使得在所述二次侧线圈内产生第二电流，所述转子单元将所述第二电流转换为励磁绕组电流，该励磁绕组电流使得所述转子单元产生第一磁场，该第一磁场与所述定子绕组电流共同作用使得所述转子单元带动所述旋转轴旋转，所述转子单元根据所述励磁绕组电流生成相应的数字信号，该数字信号通过所述二次侧单元被传送给所述一次侧单元，该一次侧单元再将所述数字信号传送给所述控制组件，该控制组件将所述数字信号与预定的目标励磁电流值进行比较并根据比较结果调节所述第一电流进而改变所述励磁绕组电流使得所述旋转轴旋转速率改变。
设计方案
1.一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于，包括：
外壳部，为中空壳体；
旋转轴，一端位于所述外壳部内部并与该外壳部旋转连接，另一端位于所述外壳部外部；
可转动变压器部，位于所述外壳部内部，所述可转动变压器部为套筒式结构，包括同轴设置的一次侧单元与二次侧单元，与所述外壳部连接的所述一次侧单元包括一次侧线圈，与所述旋转轴连接的所述二次侧单元包括二次侧线圈；
电机主体部，位于所述外壳部内部，所述电机主体部包括转子单元与定子单元，该定子单元与所述外壳部连接，所述转子单元与所述旋转轴连接，所述转子单元与所述二次侧线圈电连接，所述转子单元包括转子励磁绕组；
以及控制组件，与所述一次侧线圈电连接，
其中，所述一次侧单元与所述二次侧单元均为圆筒状，所述二次侧单元位于所述一次侧单元内侧，所述二次侧单元与所述一次侧单元间有第一空气间隙，
对所述定子单元施加定子绕组电流，
通过所述控制组件向所述一次侧线圈内通入第一电流使得在所述二次侧线圈内产生第二电流，所述转子单元将所述第二电流转换为励磁绕组电流，该励磁绕组电流使得所述转子单元产生第一磁场，该第一磁场与所述定子绕组电流共同作用使得所述转子单元带动所述旋转轴旋转，所述转子单元根据所述励磁绕组电流生成相应的数字信号，该数字信号通过所述二次侧单元被传送给所述一次侧单元，该一次侧单元再将所述数字信号传送给所述控制组件，该控制组件将所述数字信号与预定的目标励磁电流值进行比较并根据比较结果调节所述第一电流进而改变所述励磁绕组电流使得所述旋转轴旋转速率改变。
2.根据权利要求1所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述一次侧单元包括圆筒状一次侧铁芯，该一次侧铁芯由两个形状对称的铁芯拼接圆环销接形成，所述铁芯拼接圆环的接合面表面沿该接合面圆周设置有圆形线圈槽。
3.根据权利要求1所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述控制组件包括逆变电路，该逆变电路与所述一次侧线圈电连接，外部直流电通过所述逆变电路形成所述第一电流，该第一电流的频率为1KHz-10MHz。
4.根据权利要求1所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述第一空气间隙的设置范围为0.1mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述转子单元包括整流电路与电流检测电路，所述第二电流通过所述整流电路形成所述励磁绕组电流，所述电流检测电路检测所述励磁绕组电流并生成相应的所述数字信号。
6.根据权利要求5所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述二次侧单元包括第一信号终端，所述数字信号通过所述第一信号终端向所述一次侧单元传送。
7.根据权利要求6所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述数字信号的传送形式为无线电信号、红外线信号以及超声波信号其中任意一种。
8.根据权利要求6所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述一次侧单元包括第二信号终端，该第二信号终端接收所述数字信号。
9.根据权利要求1所述的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，其特征在于：
其中，所述控制组件通过改变所述第一电流调节所述励磁绕组电流。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于电机领域，具体涉及一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机。
背景技术
近十多年来同步电机的应用取得了飞速发展，比如工矿中用的大容量轧钢机、大功率的提升机、风机、水泵等都采用同步电机。现在同步电机已延伸到许多领域。比如电动汽车。同步电机通常分为永磁同步电机和电励磁同步电机两种。
近些年来由于永磁磁钢用的稀土材料供应量受到管控，稀土原料价格不断上涨、使得永磁同步电机的制造与使用成本极大增加，同时永磁同步电机的气隙磁场在宽调速范围的高速段难以高效率节能的方式调节以及在高温、强磁等恶劣环境下容易导致磁钢失磁等弊端在一定程度上也限制了永磁同步电机在诸如海上风力发电等许多领域内的应用。
有刷电励磁同步电机在许多场合下仍然还有许多应用。但是有刷电励磁同步电机由于有电刷滑环结构，运行中容易产生火花和粉尘，这些都影响电机长期运行的安全可靠、而且污染环境，特别是在有煤尘、瓦斯等易燃易爆气体的恶劣环境下和维护十分困难的大型风力发电系统中，有刷电励磁同步电机应用也常常受限。
实用新型内容
本实用新型是为了解决上述问题而进行的，通过自身具有的可转动变压器部配合对应控制方法实现非接触式馈电励磁并对励磁绕组电流进行调节进而使得旋转轴旋转速率改变，从而拓展电机的最高转速。
本实用新型提供了一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机，具有这样的特征，包括：外壳部，为中空壳体；旋转轴，一端位于外壳部内部并与该外壳部旋转连接，另一端位于外壳部外部；可转动变压器部，位于外壳部内部，可转动变压器部为套筒式结构，包括同轴设置的一次侧单元与二次侧单元，与外壳部连接的一次侧单元包括一次侧线圈，与旋转轴连接的二次侧单元包括二次侧线圈；电机主体部，位于外壳部内部，电机主体部包括转子单元与定子单元，定子单元与外壳部连接，转子单元与旋转轴连接，转子单元与二次侧线圈电连接，转子单元包括转子励磁绕组；以及控制组件，与一次侧线圈电连接，其中，一次侧单元与二次侧单元均为圆筒状，二次侧单元位于一次侧单元内侧，二次侧单元与一次侧单元间有第一空气间隙，
对定子单元施加定子绕组电流，通过控制组件向一次侧线圈内通入第一电流使得在二次侧线圈内产生第二电流，转子单元将第二电流转换为励磁绕组电流，励磁绕组电流使得转子单元产生第一磁场，第一磁场与定子绕组电流共同作用使得转子单元带动旋转轴旋转，转子单元根据励磁绕组电流生成相应的数字信号，数字信号通过二次侧单元被传送给一次侧单元，一次侧单元再将数字信号传送给控制组件，控制组件将数字信号与预定的目标励磁电流值进行比较并根据比较结果调节第一电流进而改变励磁绕组电流使得旋转轴旋转速率改变。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，一次侧单元包括圆筒状一次侧铁芯，一次侧铁芯由两个形状对称的铁芯拼接圆环销接形成，铁芯拼接圆环的接合面表面沿该接合面圆周设置有圆形线圈槽。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，控制组件包括逆变电路，逆变电路与一次侧线圈电连接，外部直流电通过逆变电路形成第一电流，第一电流的频率为1KHz-10MHz。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，第一空气间隙处处相等，第一空气间隙的设置范围为0.1mm-2mm。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，转子单元包括整流电路与电流检测电路，第二电流通过整流电路形成励磁绕组电流，电流检测电路检测励磁绕组电流并生成相应的数字信号。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，二次侧单元包括第一信号终端，数字信号通过第一信号终端向一次侧单元传送。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，数字信号的传送形式为无线电信号、红外线信号以及超声波信号其中任意一种。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，一次侧单元包括第二信号终端，第二信号终端接收数字信号。
在本实用新型提供的高频感应式无线馈电电励磁同步电机中，还可以具有这样的特征：其中，控制组件通过改变第一电流调节励磁绕组电流。
实用新型的作用与效果
根据本实用新型所涉及的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，包括外壳部、旋转轴、可转动变压器部、电机主体部以及控制组件，可转动变压器部与电机主体部分别位于旋转轴的两端。可转动变压器部包括一次侧单元与二次侧单元，电机主体部包括转子单元与定子单元，控制组件与一次侧单元电连接。因为本实用新型的高频感应式无线馈电电励磁同步电机的转子不使用永磁材料，采用非接触式无线的馈电方式从而取消了电刷和滑环，与永磁同步电机相比，无线馈电电励磁同步电机的气隙磁场可以调节，不需采用降低电机效率的弱磁控制，就可以提高其最高运行速度，并且在高速运转时无线馈电电励磁同步电机及其驱动器的效率大为提高并且在所有的可运行区域的速度控制更加灵活，更容易实现全部运行区域的高效率运行；而且由于本实用新型的同步电机采用无刷化励磁，使得同步电机具有可靠性高，维护简单，无需保养，制造成本低，不会出现电弧火花的优势，可扩展应用于要求防燃防爆等各种场合，转子单元的励磁绕组电流可控，使得该同步电机会有更宽的调速范围。上述特点可以使本实用新型可以应用在驱动或发电系统以及在航空飞机交流电源设备和工业机器人等许多要求高性能、高可靠性的电机系统的场合。
附图说明
图1是本实用新型的实施例一中高频感应式无线馈电电励磁同步电机的剖面结构示意图；
图2是本实用新型的实施例一中电机的可转动变压器部的剖面示意图；
图3是本实用新型的实施例一中电机的一次侧单元爆炸图；
图4是本实用新型的实施例一中的电机内部结构示意图；
图5是图1中A部分的局部放大图；
图6是本实用新型的实施例一中电机的可转动变压器部端面示意图；
图7是本实用新型的实施例一中电机的逆变电路拓扑图；
图8是本实用新型的实施例二中电机的整流电路与斩波控制电路的耦合拓扑图；以及
图9是本实用新型的实施例四中高频感应式无线馈电电励磁同步电机的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型的高频感应式无线馈电电励磁同步电机作具体阐述。
<实施例一>
如图1所示，一种高频感应式无线馈电电励磁同步电机100，通过自身具有的可转动变压器部30配合对应控制方法实现非接触式励磁并对励磁绕组电流进行调节进而使得旋转轴旋转速率改变，从而拓展电机的最高转速。包括外壳部10、旋转轴20、可转动变压器部30、电机主体部40以及控制组件50。
外壳部10，作为同步电机100的外壳，为中空壳体。
旋转轴20，一端位于外壳部10内部并与外壳部10旋转连接，另一端位于壳体部10外部，用于作为同步电机100的输出端，输出转矩与转速，在旋转轴20的表面，沿轴向设置有如图4所示的第一通槽21。在本实施例中，旋转轴20与外壳部10通过轴承旋转连接。
可转动变压器部30，位于外壳部10内部，可转动变压器部30为套筒式结构，包括同轴设置的一次侧单元31与二次侧单元32。一次侧单元31与二次侧单元32均为圆筒状。
一次侧单元31与外壳部10固定连接。如图2所示，一次侧单元31包括一次侧铁芯311、支撑骨架312、一次侧线圈313以及多个第二信号终端314。在本实施例中，一次侧单元31与外壳部10通过螺钉连接。
一次侧铁芯311为圆筒状，如图3所示，一次侧铁芯311由两个形状对称的铁芯拼接圆环311-1拼接形成，两个铁芯拼接圆环311-1均由高频低损耗导磁材料制成，铁芯拼接圆环311-1的接合面表面沿接合面圆周设置有圆形线圈槽311-2，当两个铁芯拼接圆环311-1拼接在一起时，两个圆形线圈槽311-2形成一次侧线圈位，两个圆形线圈槽311-2槽口朝向一次侧铁芯311外侧的一条槽口边相互吻合，朝向一次侧铁芯311内侧的一条槽口边不接触，使得一次侧铁芯311朝向内侧的表面上形成了一条如图2所示的连续的第一开口G1。在本实施例中，两个铁芯拼接圆环311-1均由锰锌氧化铁软磁合金制成，一次侧铁芯311由两个形状对称的铁芯拼接圆环311-1拼接后用销子加以固定。
支撑骨架312由轻质绝缘材料制成，如塑料或者环氧树脂，嵌装于一次侧线圈位内，为开口朝向一次侧铁芯311外侧的线槽结构。在本实施例中，支撑骨架312材料优选为塑料。
如图6所示，多个第二信号终端314分布在一次侧铁芯311面向主体电机部40的端面上，多个第二信号终端314靠近一次侧铁芯311的边缘并沿一次侧铁芯311端面的圆周方向均匀分布。在本实施例中，第二信号终端314为红外线接收器，一共8个，焊接在一次侧铁芯311的端面上。
一次侧线圈313的匝数为第一匝数，整齐缠绕在支撑骨架312上，一次侧线圈313通过一次侧铁芯311上的第一进线孔311-3从外部引入。
一次侧铁芯311的销装式设计使得一次侧线圈313在一次侧铁芯311内的安装难度大大降低且上述支撑骨架312包围住一次侧线圈313形成低磁阻的导磁回路。
二次侧单元32与旋转轴20固定连接，二次侧单元32位于一次侧单元31内侧且与一次侧单元31间有第一空气间隙，以便于二次侧单元32的自由旋转。第一空气间隙的设置范围为0.1mm-2mm，第一空气间隙的设置与电机设计的最高输出转速相关，间隙的恰当设置可以使得电磁能量耦合效率更高。第一开口G1宽度与第一空气间隙之比决定了一次侧单元31与二次侧单元32间的电磁传递效率。第一开口G1宽度与第一空气间隙之比为1:200至1：50。在本实施例中，二次侧单元32与旋转轴20通过键固定连接，第一空气间隙的设置范围为0.5mm，第一开口宽度与第一空气间隙之比为1:200。
二次侧单元32包括二次侧铁芯321、二次侧线圈323以及第一信号终端322。
如图2所示，二次侧铁芯321为圆筒状，由高频低损耗导磁材料制成，二次侧铁芯321的轴向长度与一次侧铁芯311相同，在二次侧铁芯321的外侧表面设置有环绕二次侧铁芯321轴线的二次侧线圈位。二次侧线圈位为槽形结构，具有第二开口G2，第二开口G2与第一开口G1的位置相对。第二开口G2的宽度与第一空气间隙之比决定了一次侧单元31与二次侧单元32间的电磁传递效率。第二开口G2宽度与第一空气间隙之比为1:200至1:50。在本实施例中，二次侧铁芯321由锰锌氧化铁软磁合金制成。第二开口G2的宽度与第一空气间隙之比均为1:100。
二次侧线圈323的匝数为第二匝数，环绕安装于二次侧线圈位内。通过控制组件50向一次侧线圈313内通入第一电流时感生出感应电动势，感应电动势使得在二次侧线圈323内产生第二电流。二次侧线圈323通过二次侧铁芯321上的第一出线孔3211从二次侧线圈位内引出。
第一信号终端322位于二次侧铁芯321的端面并靠近二次侧铁芯321的边缘。第一信号终端322分布在二次侧铁芯321面向主体电机部40的端面上。在本实施例中，如图6所示，第一信号终端322为红外线发射器，数量为1个，焊接在二次侧铁芯321的端面。
如图4所示，电机主体部40，位于外壳部10内部，电机主体部40包括同轴设置的转子单元41与定子单元42，转子单元41与定子单元42均为圆筒状。
转子单元41与旋转轴20连接，转子单元41与二次侧线圈323电连接，包括第二电路板411、转子励磁绕组以及第三电路板412。在本实施例中，转子单元41与旋转轴20键连接。
如图5所示，第二电路板411的为电路板，第二电路板411通过固定构件J与旋转轴20固定连接，在本实施例中，固定构件J有4个，均匀地焊接在旋转轴20的圆周上且四个固定构件J均位于一个平行于旋转轴20轴线的平面上。固定构件J上具有一个螺纹孔，平板状的第二电路板411的两端分别通过螺丝固定在两个相邻的固定构件J上，第二电路板411靠近旋转轴20圆周的一条边为弧形边。
第二电路板411上具有整流电路，整流电路与二次侧线圈323通过导线连接，转子单元41通过整流电路将从二次侧线圈323流出的第二电流进行整流转换为直流的励磁绕组电流后输入转子励磁绕组，该励磁绕组电流使得转子单元41产生第一磁场。在本实施例中，导线走线通过粘接固定在如图4所示的第一通槽21内及粘接固定在二次侧铁芯321表面实现。
第三电路板412具有电流检测电路，第三电路板412通过固定构件J与旋转轴20固定连接。转子单元41上的电流检测电路用于检测励磁绕组电流并生成相应的数字信号，然后电流检测电路将数字信号向与其电连接的第一信号终端322发送。在本实施例中，电流检测电路与第一信号终端322通过导线连接，导线走线通过粘接固定在第一通槽21内及粘接固定在二次侧铁芯321表面实现。
二次侧单元32的第一信号终端322将从电流检测电路接受到的数字信号通过无线电信号形式、红外线信号形式、超声波信号形式或者光信号形式其中任意一种向一次侧单元31非接触方式传送。在本实施例中，第一信号终端322将数字信号以红外线信号形式向一次侧单元31传送。
多个第二信号终端314用于接收第一信号终端322发送的数字信号并将之向控制组件50传送，第一信号终端322与第二信号终端314的这种一对多的设置方式使得数字信号传递的实时性大大提高。
定子单元42与外壳部10固定连接，与转子单元41之间存在第二空气间隙。在本实施例中，定子单元42与外壳部10通过螺钉固定连接。
定子单元42包括定子绕组，外部通过向定子绕组通入交流电流进而对定子单元42施加定子绕组电流，定子绕组电流与第一磁场共同作用使得转子单元41带动旋转轴20旋转。
控制组件50位于机壳部10的外部，与一次侧线圈313电连接，控制组件50包括第一电路板(附图中未标出)，第一电流板(附图中未标出)具有逆变电路与微处理器。
逆变电路与一次侧线圈313电连接，外部直流电通过逆变电路形成第一电流并通入一次侧线圈313。该第一电流为高频交流电，其频率为1KHz-10MHz。在本实施例中，第一电路板(附图中未标出)的逆变电路与一次侧线圈313通过导线连接。
由于一次侧线圈313通入的第一电流能产生高频磁场，磁场的频率越高，在产生相同感应电动势和传输相同功率条件下，所需磁链和磁通量会变得越小，进而可以减小可转动变压器部30的体积和其电磁损耗。同时，高频的第一电流也意味着对第一电流控制周期滞后时间短，可以做到第一电流被控制时能在短时内作出相应的变化。在本实施例中：第一电流的频率优选为100KHz。
微处理器与第二信号终端314电连接，第二信号终端314接收到从第一信号终端322传送来的数字信号，该数字信号表征着励磁绕组电流的大小，微处理器中设定有预定的目标励磁电流值，微处理器将第二信号终端314传送的数字信号与预定的目标励磁电流值进行比较，并且根据比较结果调节励磁绕组电流进而改变旋转轴20的旋转速率。具体为当数字信号与目标励磁电流值相等时，对应的励磁绕组电流产生的第一磁场使得转子单元41在定子绕组电流下产生目标电磁转矩，通过旋转轴20带动负载按预定的速率旋转；当数字信号与目标励磁电流值不相等时，微处理器根据它们的比较结果调节励磁绕组电流直至数字信号与预定目标励磁电流值相等，进而使电机按照预定的转矩和转速运行。在实际应用场景微处理器中可设定多个目标励磁电流值。在本实施例中，微处理器与第二信号终端314通过导线连接。
微处理器调节励磁绕组电流的方式为通过改变第一电流调节励磁绕组电流实现。改变第一电流具体为通过控制逆变电路的开关管的开通时间，调节占空比进而改变第一电流的值。逆变电路如图7所示，其中Q1,Q2,Q3以及Q4为开关管，Vg1,Vg2,Vg3以及Vg4分别为开关管Q1,Q2,Q3以及Q4的门极端，I1<\/sub>为第一电流，调节开关管的开通时间是指在Q1,Q2,Q3以及Q4的门极端Vg1,Vg2,Vg3以及Vg4上施加不同持续时间的电平，即，当Vg1,Vg4上同时施加高电平且Vg2,Vg3同时关断时，I1<\/sub>正向流动，其流动方向与图中I1<\/sub>的标注流动方向一致；当Vg2,Vg3上同时施加高电平且Vg1,Vg4同时关断时，I1<\/sub>负向流动，其流动方向与图中I1<\/sub>的标注流动方向相反。通过改变I1<\/sub>正向流动与负向流动的持续时间比进而达到改变I1<\/sub>幅值的目的，第一电流I1<\/sub>改变，第二电流、励磁绕组电流也随之改变，进而使得旋转轴20旋转速率改变，从而拓展电机的最高转速。
<实施例二>
本实施例的其他结构和实施例一相同，不同之处在调节励磁绕组电流的方式为直接调节励磁绕组电流。相应地，本实施例较实施例一多出斩波控制电路与辅助控制微处理器且本实施例的第一信号终端322与第二信号终端314的功能与实施例一不同。
斩波控制电路位于第二电路板411上，与整流电路耦合。第二电流流出整流电路并经过斩波控制电路调整形成励磁绕组电流流出第二电路板411。
辅助控制微处理器位于第二电路板411上，与第一信号终端322及电流检测电路电连接。在本实施例中，第一信号终端322为红外线接收器。
第二信号终端314与控制组件40电连接，第二信号终端314用于将控制组件40设定的表征预定目标励磁电流值的目标数字信号以非接触形式向第一信号终端322传送。在本实施例中，第二信号终端322为红外线发射器。
第一信号终端322用于接收目标数字信号，辅助控制组件根据第一信号终端322接收的目标数字信号与电流检测电路生成的数字信号进行比较，并且根据比较结果调节励磁绕组电流进而改变旋转轴20的旋转速率。数字信号表示励磁绕组电流的电流强度值。其中，具体为当数字信号与目标数字信号相等时，对应的励磁绕组电流产生的第一磁场使得转子单元41在定子绕组电流下产生目标电磁转矩，通过旋转轴20带动负载按预定的速率旋转；当数字信号与目标数字信号不相等时，辅助控制组件根据它们的比较结果调节励磁绕组电流直至数字信号与目标数字信号相等，进而使电机按照要求的转矩和转速高效运行。在实际应用场景辅助控制组件内可设定多个目标励磁电流值。
辅助控制微处理器调节励磁绕组电流的方式为通过调节斩波电路中的开关管的开关管的开通时间，调节占空比进而改变励磁绕组电流的值。整流电路耦合斩波控制电路如图8所示，其中Q13为开关管，V13为Q13的门极，I2<\/sub>为第二电流，I3<\/sub>为励磁绕组电流，调节开关管的开通时间是指在Q13的门极V13施加不同持续时间的电平，当V13上施加高电平时，I3<\/sub>的值为零；当V13上关断时，I3<\/sub>正向流动，其流动方向与图中I3<\/sub>的标注流动方向一致，通过改变I3<\/sub>有无的时间比进而达到改变I3<\/sub>幅值的目的，励磁绕组电流I3<\/sub>改变使得旋转轴20旋转速率改变，从而拓展电机的最高转速。
<实施例三>
本实施例的其他结构和实施例一相同，不同之处在于去除了电流检测电路、第一信号终端322以及第二信号终端314。在控制组件50的第一电流板(附图中未标出)中增加了电流反馈电路，该电流反馈电路与逆变电路耦合并与控制组件50电连接。
根据变压器电流安匝平衡公式，
N1<\/sub>×I1<\/sub>＝N2<\/sub>×I2<\/sub>(变压器电流安匝平衡公式)
其中，N1<\/sub>为第一匝数，N2<\/sub>为第二匝数，I1<\/sub>为第一电流，I2<\/sub>为第二电流。
可以根据第一电流值得到第二电流值，且因为励磁绕组电流值与第二电流值的幅值相等。
电流反馈电路通过对输入的第一电流进行运算输出表征励磁绕组电流值的反馈信号，电流反馈电路再将反馈信号传送给控制组件50与目标励磁电流值进行比较以便对励磁绕组电流值进行相应控制，使得旋转轴20旋转速率改变，从而拓展电机的最高转速。
<实施例四>
本实施例的其他结构和实施例一相同，不同之处在于第一信号终端322与第二信号终端314设置位置不同，并且第二信号终端314的数量也不同。
如图9所示，第一信号终端322数量为1个，设置在旋转轴20位于外壳部10内的一端端面中心。在本实施例中，位于外壳部10内的旋转轴20的一端端面中心设置一凹坑结构，第一信号终端322通过螺钉固定在凹坑内。电流检测电路与第一信号终端322通过导线连接，导线粘接固定在第一通槽21内穿过二次侧铁芯321连接电流检测电路与第一信号终端322。
第二信号终端314数量为1个，固定设置在外壳部10内壁上且与第一信号终端322位置相对。在本实施例中，第二信号终端314与外壳部10通过螺钉固定。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的高频感应式无线馈电电励磁同步电机，包括外壳部、旋转轴、可转动变压器部、电机主体部以及控制组件，可转动变压器部与电机主体部分别位于旋转轴的两端。可转动变压器部包括一次侧单元与二次侧单元，电机主体部包括转子单元与定子单元，控制组件与一次侧单元电连接。因为本实施例的高频感应式无线馈电电励磁同步电机的转子不使用永磁材料，采用非接触式的无线馈电方式从而取消了电刷和滑环，与永磁同步电机相比，无线馈电电励磁同步电机的气隙磁场可以调节，不需采用降低电机效率的弱磁控制，就可以提高其最高运行速度，并且在高速运转时无线馈电电励磁同步电机及其驱动器的效率大为提高并且在所有的可运行区域的速度控制更加灵活，更容易实现全部运行区域的高效率运行；而且由于本实施例的同步电机采用无刷化励磁，使得同步电机具有可靠性高，维护简单，无需保养，制造成本低，不会出现电弧火花的优势，可扩展应用于要求防燃防爆等各种场合，转子单元的励磁绕组电流可控，使得该电机会有更宽的调速范围。上述特点可以使本实施例可以应用在驱动或发电系统以及在航空飞机交流电源设备和工业机器人等许多要求高性能、高可靠性的电机系统的场合。
上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920300710.4
申请日:2019-03-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209571933U
授权时间:20191101
主分类号:H02K 19/00
专利分类号:H02K19/00;H02K5/04;H02K3/28;H02K11/30;H02K11/27;H02K11/00;H02P6/32;H01F38/14;H02P27/04
范畴分类:37A;
申请人:上海理工大学
第一申请人:上海理工大学
申请人地址:200093 上海市杨浦区军工路516号
发明人:蒋全;祖旭;袁庆庆;李正
第一发明人:蒋全
当前权利人:上海理工大学
代理人:郁旦蓉
代理机构:31204
代理机构编号:上海德昭知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计