[發明專利]一種電機轉子無線供電系統

有效

• 申請號: 202010596368.4
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111817449B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 金平;常嶺;盧意;夏志鵬;田煜;竇卓慧
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02P27/16;H02M5/293;H01F38/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本發明公開了一種電機轉子無線供電系統，包括主電路系統和控制系統；主電路系統包括三相全橋電路、單相全橋電路、磁耦合諧振網絡、交交變頻電路以及繞線電機轉子。磁耦合諧振網絡包括一次側補償網絡、旋轉變壓器和三個二次側補償網絡；其中，一次側補償網絡與旋轉變壓器中的固定繞組相連接，形成單相輸入；三個二次側補償網絡分別與旋轉變壓器中的旋轉繞組相連接，形成三相輸出；控制系統中包括控制器1、控制器2和無線信息傳輸模塊；控制器1能對三相全橋電路和單相全橋電路進行控制；控制器2能對三相交交變頻電路進行控制。本發明能完全代替滑環裝置的電機轉子無線供電系統，能實現轉子電能的變頻控制以及能量的雙向流動。

技術領域

本發明涉及電機控制、電力電子變壓器以及無線輸電領域，特別是一種電機轉子無線供電系統。

背景技術

隨著功率碳化硅等電力電子技術在近幾十年的快速發展，高頻電力電子變壓器在近十幾年受到廣泛關注。與之同時，無線電能傳輸飛速發展，非接觸電能傳輸得到大量的研究，效率也越來越高。

電機設備在日常生產生活中廣泛應用，然而電機的滑環與電刷在運行中容易產生火花和粉塵，嚴重影響了電機運行的安全可靠性，同時在一些特殊環境下對電機的維護十分困難，滑環與電刷限制了電機的應用環境。

在這樣的背景下，本發明結合上述電磁、電力電子和無線能量傳輸的原理，提出了一種為交流電機轉子提供電能的電機供電系統，此系統可以替換電機的電刷滑環機構，消除電機由于電刷接觸不良帶來的安全問題，提高了電機運行的穩定性，從而減少對電機的物理維護。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種電機轉子無線供電系統，該電機轉子無線供電系統將電磁、電力電子和無線能量傳輸相結合，完全代替滑環裝置的電機轉子無線供電系統，能實現轉子電能的變頻控制以及能量的雙向流動。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種電機轉子無線供電系統，包括主電路系統和控制系統。

主電路系統包括三相全橋電路、單相全橋電路、磁耦合諧振網絡、交交變頻電路以及繞線電機轉子。

主電路系統中三相全橋電路與電網直接連接。三相全橋電路經一個濾波電容與單相全橋電路相連。單相全橋電路與磁耦合諧振網絡連接。磁耦合諧振網絡包括一個一次側補償網絡、旋轉變壓器和三個二次側補償網絡。其中，一次側補償網絡與旋轉變壓器中的固定繞組相連接，形成單相輸入。三個二次側補償網絡分別與旋轉變壓器中的旋轉繞組相連接，形成三相輸出。

三相輸出分別與三相交交變頻電路相連接。三相交交變頻電路與繞線電機轉子的三相繞組直接連接。

控制系統中包括控制器1、控制器2和無線信息傳輸模塊。

控制器1分別與電網、三相全橋電路和單相全橋電路相連接，能夠采集一次側電氣量信息。其中，一次側電氣量信息包括電網的電壓電流信號以及直流母線電壓。

控制器2分別與三相交交變頻電路和繞線電機轉子相連接，能夠采集二次側電氣量信息。其中，二次側電氣量信息包括繞線電機轉子的電壓電流、轉子轉速和轉子轉矩。

控制器1通過采集的一次側電氣量信息對三相全橋電路進行控制，使得直流母線電壓保持穩定；另一方面結合控制器2反饋的二次側電氣量信息對單相全橋電路進行控制，使直流電變為具有不同占空比的高頻交流電，達到控制傳輸功率的作用；

控制器2通過采集的二次側電氣量信息并結合控制器1反饋的一次側電氣量信息，對三相交交變頻電路進行控制，為繞線電機轉子提供低頻交流電，使繞線電機轉子能夠穩定運行。