一种大功率高频旋转电力电子变压器制造技术

本发明专利技术公开了一种大功率高频旋转电力电子变压器，包括转动组件、固定组件、DC‑AC转换器和AC‑DC转换器。转动组件同轴固定套装在电机转轴上，包括转动磁环和转动绕组；固定组件位置固定，包括固定磁环和固定绕组；固定组件与转动组件之间具有固定气隙；DC‑AC转换器包括第一H桥，第一H桥与固定绕组电气连接；AC‑DC转换器包括第二H桥。固定绕组和转动绕组通过固定气隙相耦合，从而将固定绕组上的交流AC无线传输至转动绕组。本发明专利技术通过固定部件向转动部件进行大功率能量传递，再通过转动部件向电机的转子进行供电，实现灵活的能量传输，并可以实现简单的物理维护，从而能够替换碳现有的碳刷滑环机构，能广泛用于现有碳刷滑环机构改造和新传动设备加工。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率高频旋转电力电子变压器
本专利技术涉及一种电力电子变压器，特别是一种大功率高频旋转电力电子变压器。
技术介绍
现有直流电机、电励磁同步电机、绕线转子异步电机（特别是双馈电机）、电磁离合器等电气传动设备，在多数情况下，需要转子供电。现有的转子供电方式，有如下几种方式：1.旋转变压器供电：采用传统旋转变压器进行转子供电的方式，需要的旋转变压器往往体积较大，且转子部分的控制比较困难。因而，旋转变压器供电的方式未能得到大量推广。2.无刷供电：采用双定子绕组的无刷方式，结构复杂，且需要复杂的调磁。因而，无刷供电的方式也未能得到大量推广。3.碳刷（或换向器）滑环机构供电：在法拉第时期便已开始使用，目前仍作为主要的转子供电方式。然而，碳刷滑环机构具有明显的缺陷。如因碳刷或转子集电环故障引发的停机事故，将会给企业造成较大经济损失。另外，当导入导出电流的碳刷运行中发生故障时，故障类型与性质的判别，也较为困难。因而，研究出一种能替换碳刷（或换向器）滑环机构的供电方式，显得尤为重要。随着功率碳化硅等电力电子技术在近几十年的快速发展，高频电力电子变压器在近十几年受到广泛关注。与之同时，无线电能传输飞速发展，非接触电能传输得到大量的研究，效率也越来越高。本专利技术结合上述电磁、电力电子和无线能量传输的原理，提出一种用于固定部件和转动部件之间进行能量传递的大功率能量传输装置，可以替换碳刷滑环机构，同时实现灵活的能量传输，并可以实现简单的物理维护。可以用于需要固定部件和转动部件之间进行能量传输的电气传动设备，广泛用于现有碳刷滑环机构改造和新传动设备加工。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种大功率高频旋转电力电子变压器，该大功率高频旋转电力电子变压器通过固定部件向转动部件进行大功率能量传递，再通过转动部件向电机的转子进行供电，实现灵活的能量传输，并可以实现简单的物理维护，从而能够替换碳现有的碳刷滑环机构，能广泛用于现有碳刷滑环机构改造和新传动设备加工。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种大功率高频旋转电力电子变压器，包括转动组件、固定组件、DC-AC转换器和AC-DC转换器。转动组件同轴固定套装在电机转轴上，并随电机转轴同步转动；转动组件包括转动磁环和布设在转动磁环中的转动绕组。固定组件同轴套装在转动组件的外周，且位置固定；固定组件包括固定磁环和布设在固定磁环中的固定绕组。固定组件与转动组件之间具有固定气隙。DC-AC转换器位置固定，DC-AC转换器包括第一H桥，第一H桥与固定绕组电气连接，形成DC-AC转换电路。AC-DC转换器能与电机转轴同步转动，AC-DC转换器包括第二H桥，第二H桥与转动绕组电气连接，形成AC-DC转换电路。DC-AC转换电路用于将输入的直流DC转换成交流AC施加在固定绕组上。固定组件与转动组件构成高频旋转变压器，在转动组件旋转过程中，固定绕组和转动绕组通过固定气隙相耦合，且保持磁路不变，从而将固定绕组上的交流AC无线传输至转动组件中的转动绕组。AC-DC转换电路将转动绕组无线接收的交流AC转换成直流DC，并施加在电机转子上。DC-AC转换器还包括第一电感，第一电感和固定绕组串联后，与第一H桥电气连接。DC-AC转换器还包括第一电容，第一电容、第一电感和固定绕组依次串联后，与第一H桥电气连接。DC-AC转换器还包括第一电容，第一电感和固定绕组相串联，再与第一电容相并联后，与第一H桥电气连接。AC-DC转换器还包括第二电感，第二电感和转动绕组串联后，与第二H桥电气连接。AC-DC转换器还包括第二电容，第二电容、第二电感和转动绕组依次串联后，与第二H桥电气连接。AC-DC转换器还包括第二电容，第二电感和转动绕组相串联，再与第二电容相并联后，与第二H桥电气连接。转动磁环和固定磁环均为凹槽圆环，且凹槽开口方向相对，固定绕组周向绕制在固定磁环内的凹槽中，转动绕组周向绕制在转动磁环内的凹槽中。转动磁环和固定磁环均为凹槽圆环，且凹槽开口方向相对。在转动磁环的凹槽侧面开有若干绕线孔，转动绕组通过绕线孔绕制在转动磁环的凹槽侧面；在固定磁环的凹槽侧面开有若干绕线孔，固定绕组通过绕线孔绕制在固定磁环的凹槽侧面。转动磁环和固定磁环均具有多组，每组转动磁环和固定磁环均从内至外依次同轴套装在电机转轴外周，每组转动磁环和固定磁环之间均具有固定气隙；多组转动绕组之间以及多组固定绕组之间均能够根据需要进行串并联，实现大功率能量的无线传输。本专利技术具有如下有益效果：1.固定组件与转动组件为本专利技术的磁路部分，其构成高频旋转变压器，由于固定组件与转动组件之间具有固定气隙，从而能够实现固定组件到转动组件之间能量的无线传输。另外，由于固定气隙较小，从而能够实现大功率无线电能传输，进而能够替换现有传动机构中的电刷滑环机构的功能。2.本专利技术中的DC-AC转换器和AC-DC转换器均能直接采用直流母线，可以灵活实现能量的交流，也可以实现多组布置和灵活串并联，最终实现大功率能量小气隙的无线传输。3.高频H桥可以实现移相控制，可以灵活地调节DC-AC转换器和AC-DC转换器上母线的直流电压，实现与其他电气电路接口的灵活连接，便于其他部件的控制。附图说明图1显示了绕组在凹槽内布置时的大功率高频旋转电力电子变压器的结构示意图。图2显示了图1沿轴向的结构剖面图。图3中（a）~（e）显示了五种优选的电路拓扑。图4显示了绕组在凹槽侧边布置时的大功率高频旋转电力电子变压器的构造图。图5显示了图4沿轴向的结构剖面图。图6显示了图4沿的侧视图。图7显示了图1结构沿轴向并列的多组结构。图8显示了图4结构沿轴向并列的多组结构。其中有：1.电机转轴；2.转动组件；21.转动磁环；22.转动绕组；3.固定组件；31.固定磁环；32.固定绕组；4.DC-AC转换器；H1.第一H桥；S1~S4.电力电子功率开关；L1.第一电感；C1.第一电容；5.AC-DC转换器；H2.第二H桥；S5~S8.电力电子功率开关；L2.第二电感；C2.第二电容；T.磁路AC-AC；6.固定气隙。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。如图1所示，一种大功率高频旋转电力电子变压器，包括转动组件2、固定组件3、DC-AC转换器4和AC-DC转换器5。转动组件同轴固定套装在电机转轴1上，优选套装在现有电刷滑环机构中的滑环位置处，转动组件能随电机转轴同步转动。转动组件包括转动磁环21和布设在转动磁环中的转动绕组22。固定组件同轴套装在转动组件的外周，且位置固定，如固定在电机壳内壁上。固定组件包括固定磁环31和布设在固定磁环中的固定绕组32。上述转动磁环和固定磁环均优选采用铁氧体等导磁材料，或者非晶合金等各项异性导磁叠片材料。上述转动绕组和固定绕组优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率高频旋转电力电子变压器，其特征在于：包括转动组件、固定组件、DC‑AC转换器和AC‑DC转换器；转动组件同轴固定套装在电机转轴上，并随电机转轴同步转动；转动组件包括转动磁环和布设在转动磁环中的转动绕组；固定组件同轴套装在转动组件的外周，且位置固定；固定组件包括固定磁环和布设在固定磁环中的固定绕组；固定组件与转动组件之间具有固定气隙；DC‑AC转换器位置固定，DC‑AC转换器包括第一H桥，第一H桥与固定绕组电气连接，形成DC‑AC转换电路；AC‑DC转换器能与电机转轴同步转动，AC‑DC转换器包括第二H桥，第二H桥与转动绕组电气连接，形成AC‑DC转换电路；DC‑AC转换电路用于将输入的直流DC转换成交流AC施加在固定绕组上；固定组件与转动组件构成高频旋转变压器，在转动组件旋转过程中，固定绕组和转动绕组通过固定气隙相耦合，且保持磁路不变，从而将固定绕组上的交流AC无线传输至转动组件中的转动绕组；AC‑DC转换电路将转动绕组无线接收的交流AC转换成直流DC，并施加在电机转子上。

【技术特征摘要】
1.一种大功率高频旋转电力电子变压器，其特征在于：包括转动组件、固定组件、DC-AC转换器和AC-DC转换器；转动组件同轴固定套装在电机转轴上，并随电机转轴同步转动；转动组件包括转动磁环和布设在转动磁环中的转动绕组；固定组件同轴套装在转动组件的外周，且位置固定；固定组件包括固定磁环和布设在固定磁环中的固定绕组；固定组件与转动组件之间具有固定气隙；DC-AC转换器位置固定，DC-AC转换器包括第一H桥，第一H桥与固定绕组电气连接，形成DC-AC转换电路；AC-DC转换器能与电机转轴同步转动，AC-DC转换器包括第二H桥，第二H桥与转动绕组电气连接，形成AC-DC转换电路；DC-AC转换电路用于将输入的直流DC转换成交流AC施加在固定绕组上；固定组件与转动组件构成高频旋转变压器，在转动组件旋转过程中，固定绕组和转动绕组通过固定气隙相耦合，且保持磁路不变，从而将固定绕组上的交流AC无线传输至转动组件中的转动绕组；AC-DC转换电路将转动绕组无线接收的交流AC转换成直流DC，并施加在电机转子上。2.根据权利要求1所述的大功率高频旋转电力电子变压器，其特征在于：DC-AC转换器还包括第一电感，第一电感和固定绕组串联后，与第一H桥电气连接。3.根据权利要求2所述的大功率高频旋转电力电子变压器，其特征在于：DC-AC转换器还包括第一电容，第一电容、第一电感和固定绕组依次串联后，与第一H桥电气连接。4.根据权利要求2所述的大功率高频旋转电力电子变压器，其特征在于：DC-AC转换器还包括第一电容，第一电感和固...

【专利技术属性】
技术研发人员：金平，卢意，田煜，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32