[发明专利]带有谐振场励磁机的绕线磁极式同步机

说明书

本申请涉及带有谐振场励磁机的绕线磁极式同步机，并公开一种用于绕线同步机的无刷场励磁机，所述绕线同步机使用谐振场励磁机中漏电感和电容器的谐振将能量转移到旋转励磁绕组。通过以大于50千赫的频率进行谐振，该励磁机在各功率水平内减少了同步绕线磁极式发动机的总体大小和重量，并且将同步绕线磁极式机的实用和经济功率极限扩展到低积分和分数马力应用领域，省去了目前在此功率范围内的高效率发动机和发电机中使用的永久磁铁。

本申请是于2015年5月7日提交的名称为“带有谐振场励磁机的绕线磁极式同步机”的中国专利申请201580022139.9的分案申请。

技术领域

本发明涉及绕线磁极式同步机及有效操作它们的方法。

背景技术

电动机和发电机是由来已久。目前，高效率大型电机(即那些功率额定值大于10马力(HP)甚至往往大于100马力的电机)使用带有昂贵控制机构的绕线磁极式同步设备，而小型电机(即那些功率额定值在10HP或更低的电机)则使用稀土转子磁铁设备或感应转子磁场设备。稀土转子磁铁设备的价格预计在未来几年将上涨，而感应转子磁场设备节能效率低。

预计能源成本在经济上和环境上都会增加，产生了对成本低且能源效率高的发动机和发电机的需求。

发明内容

本发明提供了一种允许高效绕线磁极式同步发动机或发电机相比于在应用中当前所使用的永久磁铁或感应发动机以更低的成本或更高的能效在这些应用中运行的设备，从而解决了这一需求。其需要三个方面：一台机器、一种包含转子绕组的设备和一种能够连接到转子绕组的设备。第一方面是一种包含五个元件的装置。第一元件是具有转子绕组但不具有用于产生扭矩的转子磁铁的绕线磁极式同步机。第二元件是至少一个具有电压和驱动频率的方波交流电电压发生器。第三元件是至少一个与所述方波交流电电压发生器通信的谐振场励磁机，所述谐振场励磁机具有(1)旋转参考框架、(2)静态参考框架和(3)谐振电路，其串联包含谐振电容器和带有可变漏电感的旋转变压器。所述谐振场励磁机被配置为以至少50千赫的谐振频率在谐振模式下运行。第四元件是与所述方波交流电电压发生器和所述谐振场励磁机通信的控制器设备，其被配置为(1)测量进入所述谐振场励磁机的电压和电流，(2)跟踪所述谐振频率，并且(3)调整所述驱动频率以基本上与所述谐振频率相匹配，以使交流电电流转移最大化。第五元件是与所述谐振场励磁机和所述绕线磁极式同步机通信的整流器，其被配置为在交流电电流进入所述绕线磁极式同步机的转子绕组之前将所述交流电电流转换为直流电电流。

第二方面是一种也包含五个元件的装置。第一元件是用于绕线磁极式同步机的转子绕组。第二元件是至少一个具有电压和驱动频率的方波交流电电压发生器。第三元件是至少一个与所述方波交流电电压发生器通信的谐振场励磁机，所述谐振场励磁机具有(1)旋转参考框架、(2)静态参考框架和(3)谐振电路，其串联包含谐振电容器和带有可变漏电感的旋转变压器。所述谐振场励磁机被配置为以至少50千赫的谐振频率在谐振模式下运行。第四元件是与所述方波交流电电压发生器和所述谐振场励磁机通信的控制器设备，其被配置为(1)测量进入所述谐振场励磁机的电压和电流，(2)跟踪所述谐振频率，并且(3)调整所述驱动频率以基本上与所述谐振频率相匹配，以使交流电电流转移最大化。第五元件是与所述谐振场励磁机和所述绕线磁极式同步机的转子绕组通信的整流器，其被配置为在交流电电流进入所述转子绕组之前将所述交流电电流转换为直流电电流。