CN114864234A - 一种铁心磁路复用的电气系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铁心磁路复用的电气系统，将铁心磁路复用为功能系统的电磁场和电磁波及其组合的公共通道，使得铁心磁路复用设备的铁心成为多功能通道的载体，能够满足超大功率、超高速度、多种功能集成的应用需求。铁心磁路复用的电气系统包括：铁心磁路复用设备及其功能系统；功能系统提供铁心磁路复用设备的电磁场和电磁波；将铁心磁路复用设备的铁心作为电磁场和电磁波及其组合的磁路复用通道；利用磁路复用通道实现铁心磁路复用设备的功能。

Description

一种铁心磁路复用的电气系统

技术领域

本发明涉及电气传动及自动化领域，特别是涉及一种铁心磁路复用的电气系统。

背景技术

自发现法拉第电磁感应定律和安培环路定律以来，人们发明了电机、变压器、电磁铁和电抗器；自发现电磁波以来，人们发明了无线电及其天线。

如图1和图2所示，分别为现有的铁路变流器“大马拉小车”型牵引系统拓扑图，图1为单牵引变流器驱动单电机，图2为单牵引变流器驱动多电机。特点是铁路变流器“大马拉小车”，即大变流器匹配小电机。

如图3和图4所示，分别为现有的轧钢变流器“大马拉大车”型驱动系统拓扑图，图3为单逆变单元级联后驱动单电机，图4为单逆变单元级联后驱动多电机。典型应用有H桥级联，以高压来实现大功率。特点是“大马拉大车”，即高压逆变单元匹配高压大电机。

我国将内燃机混合动力、混合动力列车、高速磁浮列车、船舶电力综合系统及电力推进系统、混合动力电飞机及纯电飞机等列为重点科研方向，尤其是高速磁浮列车、船舶电力综合系统及电力推进系统、混合动力电飞机及纯电飞机等对驱动系统功率要求极高，为功率电磁场和信号电磁波的更进一步利用提供了重大需求。

但是，图1、图2、图3和图4所示的驱动系统，对于超大功率、超高速度、多种电磁场功能的应用需求是无法满足的，并且现有技术中没有能够为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线及其组合提供驱动和被驱动电路，不能实现多功能集成应用的目的。

发明内容

本发明的目的是提供了一种铁心磁路复用的电气系统，将铁心磁路复用为功能系统的电磁场和电磁波及其组合的公共通道，使得铁心磁路复用设备的铁心成为多功能通道的载体，能够满足超大功率、超高速度、多种功能集成的应用需求。

本发明第一方面提供一种铁心磁路复用的电气系统，包括：

铁心磁路复用设备及其功能系统；

功能系统提供铁心磁路复用设备的电磁场和电磁波；

将铁心磁路复用设备的铁心作为电磁场和电磁波及其组合的磁路复用通道；

利用磁路复用通道实现铁心磁路复用设备的功能。

进一步的，电磁场和电磁波的频率、幅值及相位，在磁路复用通道中自由传递。

进一步的，铁心磁路复用设备包括电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意一种或多种组合。

进一步的，铁心磁路复用设备为电机，电机数量为一个或多个；

铁心磁路复用设备包括：

电机定子铁心、电机转子铁心及电机牵引绕组，电机牵引绕组数量为一组或多组；

功能系统为牵引系统，牵引系统与电机牵引绕组连接。

进一步的，铁心磁路复用设备为变压器，变压器数量为一个或多个；

铁心磁路复用设备包括：

变压器初级铁心、变压器次级铁心、变压器初级绕组及变压器次级绕组，变压器初级绕组和变压器次级绕组为一组或多组；

功能系统为变电系统，变电系统与变压器初级绕组及变压器次级绕组连接。

进一步的，铁心磁路复用设备为电磁铁，电磁铁数量为一个或多个；

铁心磁路复用设备包括：

电磁铁铁心及电磁铁绕组，电磁铁绕组数量为一组或多组；

功能系统为电磁力系统，电磁力系统与电磁铁绕组连接。

进一步的，铁心磁路复用设备为电抗器，电抗器数量为一个或多个；

铁心磁路复用设备包括：

电抗器铁心及电抗器绕组，电抗器绕组数量为一组或多组；

功能系统为电流变化抑制系统，电流变化抑制系统与电抗器绕组连接。

进一步的，铁心磁路复用设备为天线，天线数量为一个或多个；

铁心磁路复用设备包括：

天线铁心及通信线圈，通信线圈数量为一组或多组；

功能系统为通信系统，通信系统与通信线圈连接。

进一步的，铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意两种、任意三种、任意四种的组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的数量为一个或多个。

进一步的，铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的全部组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的数量为一个或多个。

由此可见，本发明的铁心磁路复用的电气系统包括铁心磁路复用设备及其功能系统，功能系统提供铁心磁路复用设备的电磁场和电磁波，将铁心磁路复用设备的铁心作为电磁场和电磁波及其组合的磁路复用通道，利用磁路复用通道实现铁心磁路复用设备的功能。将铁心磁路复用为功能系统的电磁场和电磁波及其组合的公共通道，使得铁心磁路复用设备的铁心成为多功能通道的载体，能够满足超大功率、超高速度、多种功能集成的应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的铁路变流器“大马拉小车”型牵引系统的一种拓扑图；

图2为现有的铁路变流器“大马拉小车”型牵引系统的另一种拓扑图；

图3为现有的轧钢变流器“大马拉大车”型驱动系统的一种拓扑图；

图4为现有的轧钢变流器“大马拉大车”型驱动系统的另一种拓扑图；

图5为本发明提供的铁心磁路复用的电气系统拓扑图；

图6为本发明提供的铁心磁路复用设备为电机的电气系统拓扑图；

图7为本发明提供的铁心磁路复用设备为变压器的电气系统拓扑图；

图8为本发明提供的铁心磁路复用设备为电磁铁的电气系统拓扑图；

图9为本发明提供的铁心磁路复用设备为电抗器的电气系统拓扑图；

图10为本发明提供的铁心磁路复用设备为天线的电气系统拓扑图；

图11为本发明提供的铁心磁路复用设备为电机和电磁铁组合的电气系统拓扑图；

图12为本发明提供的铁心磁路复用设备为电机、电磁铁、变压器组合的电气系统拓扑图；

图13为本发明提供的铁心磁路复用设备为电机、电磁铁、变压器、天线组合的电气系统拓扑图。

具体实施方式

本申请公开了一种铁心磁路复用的电气系统，将铁心磁路复用为功能系统的电磁场和电磁波及其组合的公共通道，使得铁心磁路复用设备的铁心成为多功能通道的载体，能够满足超大功率、超高速度、多种功能集成的应用需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参考图5，本发明实施例提供一种铁心磁路复用的电气系统，包括：

铁心磁路复用设备及其功能系统；

功能系统提供铁心磁路复用设备的电磁场和电磁波；

将铁心磁路复用设备的铁心作为电磁场和电磁波及其组合的磁路复用通道；

利用磁路复用通道实现铁心磁路复用设备的功能。

本发明实施例中，在图5所示的铁心磁路复用的电气系统的拓扑图中，以电机、变压器、电抗器、电磁铁、天线集成于一体为例进行说明。501和507为电机绕组、502和508为变压器绕组、504和510为电抗器绕组、505和511为电磁铁绕组、506和512为天线发射线圈/接收线圈、503和509为铁心，其中气隙δ为0mm～∞，电机绕组501对应n1台电机，变压器绕组502对应n2台变压器、电抗器绕组504对应n3台电抗器、电磁铁绕组505对应n4台电磁铁、天线发射线圈/接收线圈506对应n5根天线，n1、n2、n3、n4、n5为大于等于0的自然数。

由电机绕组507连接其功能系统的驱动电路激发产生i个电机磁通，i为大于等于0的自然数，i个磁路复用的电机磁通在铁心内磁通总量为：

由变压器绕组508连接其功能系统的驱动电路激发产生j个变压器磁通，j为大于等于0的自然数，j个磁路复用的变压器磁通在铁心内磁通总量为：

由电磁铁绕组511连接其功能系统的驱动电路激发产生k个电磁铁磁通，k为大于等于0的自然数，k个磁路复用的电磁铁磁通在铁心内磁通总量为：

由电抗器绕组510连接其功能系统的驱动电路激发产生r个电抗器磁通，r为大于等于0的自然数，r个磁路复用的电抗器磁通在铁心内磁通总量为：

由天线发射线圈/接收线圈512连接其功能系统的驱动电路激发产生s个天线磁通，s为大于等于0的自然数，s个磁路复用的天线磁通在铁心内磁通总量为：

由此可见，在图5中，可以将电机、变压器、电抗器、电磁铁、天线中任意一种或多种组合对应的功能系统的驱动电路，所激发产生的电机磁通、变压器磁通、电抗器磁通、电磁铁磁通、天线磁通都在容纳在铁心中，实现了将铁心磁路复用为功能系统的电磁场和电磁波及其组合的公共通道，使得铁心磁路复用设备的铁心成为多功能通道的载体，能够满足超大功率、超高速度、多种功能集成的应用需求。

可选的，除了以上图5中例举的电机、变压器、电抗器、电磁铁、天线中任意一种或多种组合之外，所有铁心磁路复用设备对应的功能系统提供的电磁场和电磁波的频率、幅值及相位，在磁路复用通道中自由传递。即磁路复用的铁心可以容纳无限的多种多样电磁场和电磁波，不存在实体空间的“撞车”和通道挤占问题。

在以上图5所示的实施例中，是以整体的思路进行描述的，下面通过实施例对铁心磁路复用设备是电机、变压器、电抗器、电磁铁、天线中任意一种或多种组合分别进行描述。

(一)、铁心磁路复用设备为电机，电机数量为一个或多个；

铁心磁路复用对发电机而言，可派生出不同路数和不同电压等级的彼此电气上独立的电源，这些电源可以是单相电源、三相电源和多相电源，可以供应给不同的负载。

根据傅里叶变换可知，这些派生出的电源和负载特性的总和是输入的发电机特性，有什么样的输入发电机特性就有什么样的派生电源及负载特性。

铁心磁路复用对电动机而言，提供了一种电压、电流、频率、波形各异的多电源共同驱动同一个机械负载的途径，可以是异步电动机，也可以是同步电动机；可以是旋转电机，也可以是直线电机。

根据傅里叶逆变换可知，不同传递函数的电源特性以磁场耦合生成各种需要的机械特性。

这些机械特性可以是正向旋转、制动、堵转、反向旋转、步进、进X步退Y步、往复运动、振动、冲击和其它运动等。

如图6所示，为铁心磁路复用设备为电机的电气系统拓扑图，601为电机定子铁心、605为转子铁心、602为电机牵引绕组1、603为电机牵引绕组2、604为电机牵引绕组i’，其中气隙δ为0.1～20mm时，由i’个电机牵引绕组连接牵引系统的i’个电机驱动电路激发产生i个电机磁通，需要说明的是，电机驱动电路既可以是驱动电机的电路，又可以是被电机驱动的电路，以及是驱动和被驱动电路的组合。对应的电机磁通1、2和i各函数根据具体需要来构造。i和i’为大于等于0的自然数，i个磁路复用的电机磁通在铁心内磁通总量为：

i个电机磁通在铁心内形成磁路复用，当磁路复用的磁场符合旋转电机磁场要求时，并配合特定形式的铁心形状及传动装置，该装置可实现旋转电机功能，实现机械能与电能的相互转化；磁路复用的磁场符合直线电机磁场要求时，并配合特定性是的铁心形状及传动装置，该装置可实现直线电机功能，实现机械能与电能的相互转化。

该电气系统可以应用于多领域，适用于异步电机和同步电机，适用于旋转电机、直线电机、往复运动电机以及其它定制运动特性电机驱动系统，适用于电励磁电机、永磁电机以及电励磁与永磁组合电机的驱动系统，适用于定制特性电磁变压器和特种通信天线的电气系统；

还适用于超大功率牵引、单台逆变器和H桥级联逆变器不能满足牵引功率需求的场合。多台逆变器共同驱动同一台超大功率电机，采用成熟的逆变器，根据逆变器功率和电机功率来确定逆变器数量。以大电流来实现超大功率，同时实现系统冗余可用性。特点是“小马拉大车”，即高铁逆变器匹配超大功率船舶电机、汽车级电池逆变器驱动大功率飞机电机；

还适用于船舶电力推进、大推力电磁驱动、火箭冷发射、电飞机等小变流器驱动大电机的场合。

(二)、铁心磁路复用设备为变压器，变压器数量为一个或多个；

铁心磁路复用对变压器而言，提供了一种电压、电流、频率、波形各异的多电源共同驱动同一个电能转换途径，可以是单相变压器、也可以是多相变压器。

根据傅里叶逆变换可知，这些电源和的总和是变压器的输入特性，有什么样的输入就有什么样的输出及负载特性，不同传递函数的电源特性以磁场形式耦合生成各种需要的磁场。

如图7所示，为铁心磁路复用设备为变压器的电气系统拓扑图，701为变压器初级铁心、702为变压器初级绕组1、703为变压器次级铁心、704为变压器次级绕组1、705为变压器次级绕组2、706为变压器次级绕组j”、707为变压器初级绕组j’、708为变压器初级绕组2，其中气隙δ为0mm～x时，由j’变压器初级绕组和j”变压器次级绕组连接变电系统激发产生j个变压器磁通，j、j’、j”为大于等于0的自然数，j个磁路复用的变压器磁通在铁心内磁通总量为：

j个变压器磁通在铁心内形成磁路复用，当磁路复用的磁场符合变压器能量转换要求时，并配合特定形式的铁心形状及传动装置，可实现电能的转换功能。

(三)、铁心磁路复用设备为电磁铁，电磁铁数量为一个或多个；

铁心磁路复用对电磁铁而言，提供了一种电压、电流、频率、波形各异的多电源共同驱动同一个电磁机构的途径，可以是悬浮电磁铁，可以是导向电磁铁，可以是涡流制动电磁铁，可以是门禁电磁铁等。

根据傅里叶变换可知，不同传递函数的电源特性以磁场耦合形式生成各种需要的电磁传动特性。

这些电磁传动特性可以使装置悬浮、引导运动体方向、制动运动体和吸合等。

如图8所示，为铁心磁路复用设备为电磁铁的电气系统拓扑图，801为电磁铁铁心、802为电磁铁铁心、803为电磁铁绕组1、804为电磁铁绕组2、805为电磁铁绕组k’，其中气隙δ为0mm～x时，由k’个电磁铁绕组连接电磁力系统激发产生k个电磁铁磁通，k、k’为大于等于0的自然数，k个磁路复用的电磁铁磁通在铁心内磁通总量为：

k个变压器磁通在铁心内形成磁路复用，当磁路复用的磁场符合电磁铁工作要求时，并配合特定形式的铁心形状及传动装置，可实现电能的转换功能。

(四)、铁心磁路复用设备为电抗器，电抗器数量为一个或多个；

铁心磁路复用对电抗器而言，提供了一种电压、电流、频率、波形各异的多电源共同驱动同一个电磁机构的途径，可以是单相电抗器，也可以是多相电抗器。

根据傅里叶变换可知，不同传递函数的电源特性以磁场耦合生成各种需要的电磁磁通，通过磁路复用，实现无功功率的补偿、过压、过流限制等功能。通过特殊设计保证所有单元满负荷工作时磁路不饱和，这样一来，单个或多个单元进行工作时不会出现饱和，不存在实体空间的“撞车”和通道挤占问题。

如图9所示，为铁心磁路复用设备为电抗器的电气系统拓扑图，901为电抗器铁心、902为电抗器铁心、903为电抗器绕组1、904为电抗器绕组2、905为电抗器绕组r’，其中气隙δ为0mm～x时，由r’个电抗器绕组连接电流变化抑制系统激发产生r个电抗器磁通，r、r’为大于等于0的自然数，r个磁路复用的电抗器磁通在铁心内磁通总量为：

r个电抗器磁通在铁心内形成磁路复用，当磁路复用的磁场符合电抗器工作要求时，并配合特定形式的铁心形状及传动装置，可实现无功功率补偿、限压、限流等功能。

(五)、铁心磁路复用设备为天线，天线数量为一个或多个；

铁心磁路复用对天线而言，提供了一种电压、电流、频率、波形各异的多电源共同驱动同一个电磁波发射途径。

根据傅里叶变换可知，不同传递函数的电源特性以电磁波形式耦合生成各种需要的电磁波，通过磁路复用进行信号发射，发射的信号可以是通信信号、控制信号等。

如图10所示，为铁心磁路复用设备为天线的电气系统拓扑图，1001为天线发射线圈1、1002为天线发射线圈2、1003为天线铁心、1004为天线发射线圈s’、1005为天线接收线圈1、1006为天线接收线圈2、1007为天线接收线圈s”，其中气隙δ为∞时，由s’个天线发射线圈连接通信系统激发产生s个天线磁通，s、s’、s”为大于等于0的自然数，s个磁路复用的天线磁通在铁心内磁通总量为：

s个天线磁通在铁心内形成磁路复用，当磁路复用的磁场符合信号发射规律时，并配合特定形式的铁心形状及传动装置，可实现电磁波的发射与传递功能与拾取。

(六)、铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意两种的组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的数量为一个或多个；

具体可以是十种，分别是：电机和变压器的组合，电机和电磁铁的组合，电机和电抗器的组合，电机和天线的组合，变压器和电磁铁的组合，变压器和电抗器的组合，变压器和天线的组合，电磁铁和电抗器的组合，电磁铁和天线的组合，电抗器和天线的组合。其中铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线如以上(一)、(二)、(三)、(四)、(五)中描述。

以电机和电磁铁的组合为例，如图11所示为铁心磁路复用设备为电机和电磁铁组合的电气系统拓扑图，1101为电机定子铁心、1102为电机转子铁心、1103为电机牵引绕组、1104电磁铁绕组和转子励磁绕组，1104与电磁力系统连接激发产生k路电磁铁磁通，1103与牵引系统连接激发产生i路电机磁通，复用同一对铁心，i+k路磁通在铁心的磁路复用通道中，各磁路对应的函数根据具体需要来构造。同一对铁心既是电机的一部分，又是电磁铁的一部分。

需要说明的是，对于铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中其他任意两种的组合，可以参考图11所示的电气系统拓扑图。

(七)、铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意三种的组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的数量为一个或多个；

具体可以是十种，分别是：电机、变压器、电磁铁的组合，电机、变压器、电抗器的组合，电机、变压器、天线的组合，电机、电磁铁、电抗器的组合，电机、电磁铁、天线的组合，电机、电抗器、天线的组合，变压器、电磁铁、电抗器的组合，变压器、电磁铁、天线的组合，变压器、电抗器、天线，电磁铁、电抗器、天线的组合。其中铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线如以上(一)、(二)、(三)、(四)、(五)中描述。

以电机、电磁铁、变压器的组合为例，如图12所示为铁心磁路复用设备为电机、电磁铁、变压器组合的电气系统拓扑图，1201为电机定子铁心、1202为电机转子铁心、1203为电机牵引绕组、1204为变压器初级绕组、1205为变压器次级绕组、1206为电磁铁绕组和转子励磁绕组，1206与电磁力系统连接激发产生k路电磁铁磁通，1203与牵引系统连接激发产生i路电机磁通，1204和1205与变电系统连接激发产生j路变压器磁通，复用同一对铁心，i+j+k路磁通在铁心的磁路复用通道中，各磁路对应的函数根据具体需要来构造。同一对铁心既是电机的一部分，又是电磁铁的一部分，又是变压器的一部分。

需要说明的是，对于铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中其他任意三种的组合，可以参考图12所示的电气系统拓扑图。

(八)、铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意四种的组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的数量为一个或多个；

具体可以是五种，分别是：电机、变压器、电磁铁、电抗器的组合，电机、变压器、电磁铁、天线的组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器的组合，电机、电磁铁、电抗器、天线的组合，变压器、电磁铁、电抗器、天线的组合。其中铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线如以上(一)、(二)、(三)、(四)、(五)中描述。

以电机、电磁铁、变压器、天线的组合为例，如图13所示为铁心磁路复用设备为电机、电磁铁、变压器、天线组合的电气系统拓扑图，1301为电机定子铁心、1302为电机转子铁心、1303为电机牵引绕组、1304为变压器初级绕组、1305为通信绕组、1306为变压器次级绕组、1307为电磁铁绕组和转子励磁绕组，1307与电磁力系统连接激发产生k路电磁铁磁通，1303与牵引系统连接激发产生i路电机磁通，1304和1306与变电系统连接激发产生j路变压器磁通，1305与通信系统连接激发产生s路天线磁通。复用同一对铁心，i+j+k+s路磁通在铁心的磁路复用通道中，各磁路对应的函数根据具体需要来构造。同一对铁心既是电机的一部分，又是电磁铁的一部分，又是变压器的一部分，又是天线的一部分。

需要说明的是，对于铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中其他任意四种的组合，可以参考图13所示的电气系统拓扑图。

(九)、铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的全部组合，电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的数量为一个或多个。

如图5所示各绕组连接对应功能系统的驱动电路激发产生i个电机磁通、j个变压器磁通、k个电磁铁磁通、r个电抗器磁通及s个天线磁通，磁路复用的铁心中的总磁通及电磁波为：

共同构成i+j+k+r+s路磁通，由不同的驱动电路驱动或者被驱动，它们都复用同一对铁心。各磁路对应的函数根据具体需要来构造。同一对铁心既是电机的一部分，又是变压器的一部分，又是电磁铁的一部分，又是电抗器的一部分，又是天线的一部分。

根据以上实施例的描述，电气系统中铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线及其组合，各设备对应的功能系统提供驱动和被驱动电路，利用铁心磁路复用的公共通道，以使其实现变换传递各种满足应用需要的傅里叶函数和函数组合所承载的电磁场、功率、电压、电流、频率、电磁波波形和通信信号，进行耦合和解耦，实现电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的功能及功能组合。

本发明的优点是：可降低电力电子器件及其电气系统对电压、电流和功率的上限要求，使得电气系统有更好的安全裕量，实现原有电气系统不能实现的超大功率、超高速度和超多功能集成。

需要说明的是，本发明的铁心磁路复用的电气系统典型应用场景有：

(1)、内燃机车；

磁路复用对内燃机车的“柴油机+交流电机”拓扑而言，磁路复用的交流电机工作在电动机模式，其中变流器工作在逆变模式，将蓄电池直流电逆变成三相交流电驱动磁路复用电动机来启动柴油机；柴油机启动完成后，磁路复用的交流电机转而工作在发电机模式，其中变流器转而工作在整流器模式，将磁路复用三相交流电整流成直流电供给直流负载和蓄电池充电。

(2)、船舶综合电力系统；

船舶综合电力系统实现船舶电力推进和电力系统集成，实现全船能量精确高效控制以及多种再生能源的灵活接入，降低船舶动力对化石燃料的依赖度。包括低压交流综合电力系统、中压交流综合电力系统和中压直流综合电力系统。

(3)、混合动力飞机和纯电飞机；

(4)、大型振动冲击试验；

利用磁路复用电动机及变压器特性，实现多台逆变器驱动单台超大功率电机及变压器。

需要说明的是，本发明不适用于无铁心应用的电气系统。除非经特殊设计，否则，也不适用于工频电机、工频变压器和公共电信无线通信天线的普通应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁心磁路复用的电气系统，其特征在于，包括：

铁心磁路复用设备及其功能系统；

所述功能系统提供所述铁心磁路复用设备的电磁场和电磁波；

将所述铁心磁路复用设备的铁心作为所述电磁场和所述电磁波及其组合的磁路复用通道；

利用所述磁路复用通道实现所述铁心磁路复用设备的功能。

2.根据权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述电磁场和所述电磁波的频率、幅值及相位，在所述磁路复用通道中自由传递。

3.根据权利要求1所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备包括电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意一种或多种组合。

4.根据权利要求3所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为电机，所述电机数量为一个或多个；

所述铁心磁路复用设备包括：

电机定子铁心、电机转子铁心及电机牵引绕组，所述电机牵引绕组数量为一组或多组；

所述功能系统为牵引系统，所述牵引系统与所述电机牵引绕组连接。

5.根据权利要求3所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为变压器，所述变压器数量为一个或多个；

所述铁心磁路复用设备包括：

变压器初级铁心、变压器次级铁心、变压器初级绕组及变压器次级绕组，所述变压器初级绕组和所述变压器次级绕组为一组或多组；

所述功能系统为变电系统，所述变电系统与所述变压器初级绕组及所述变压器次级绕组连接。

6.根据权利要求3所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为电磁铁，所述电磁铁数量为一个或多个；

所述铁心磁路复用设备包括：

电磁铁铁心及电磁铁绕组，所述电磁铁绕组数量为一组或多组；

所述功能系统为电磁力系统，所述电磁力系统与所述电磁铁绕组连接。

7.根据权利要求3所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为电抗器，所述电抗器数量为一个或多个；

所述铁心磁路复用设备包括：

电抗器铁心及电抗器绕组，所述电抗器绕组数量为一组或多组；

所述功能系统为电流变化抑制系统，所述电流变化抑制系统与所述电抗器绕组连接。

8.根据权利要求3所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为天线，所述天线数量为一个或多个；

所述铁心磁路复用设备包括：

天线铁心及通信线圈，所述通信线圈数量为一组或多组；

所述功能系统为通信系统，所述通信系统与所述通信线圈连接。

9.根据权利要求3-8中任意一项所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线中任意两种、任意三种、任意四种的组合，所述电机、所述变压器、所述电磁铁、所述电抗器和所述天线的数量为一个或多个。

10.根据权利要求3-8中任意一项所述的电气系统，其特征在于，所述铁心磁路复用设备为电机、变压器、电磁铁、电抗器和天线的全部组合，所述电机、所述变压器、所述电磁铁、所述电抗器和所述天线的数量为一个或多个。

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