[发明专利]一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统

说明书

本发明提供了一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统,在该系统中，能量传输方式采用耦合线圈型无线电能传输，信号传输方式采用无线通信技术。利用直接式矩阵变换器实现高频交流到低频交流的一步式功率变换，不仅去除了故障率高的直流母线电容，也减少了功率变换级数，极大地提高了可靠性和功率密度。通过车体内和车轮内变换器的协调控制实现双向功率传输能力，使制动能量回馈到电池侧，提高了能量利用效率。所设计的基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统，其应用范围不仅限于轮毂电机，对于具有无线化需求的特殊工业应用，例如机器人的关节驱动电机，也具有重要的参考价值。

技术领域

本发明涉及一种驱动系统，具体涉及一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统，属于矩阵式电机驱动系统技术领域。

背景技术

轮毂电机(IWM)作为一种新型的电动汽车驱动电机，在轮毂内复合了电机、变速器、电气电路。相比于传统电动汽车在车体内安装电机的结构，轮毂电机省略了离合器、变速器、传动轴和机械差速器等结构，因此增加了车内利用面积、提高了机械传动效率。而且，轮毂电机使驱动汽车各个车轮的转矩能够实现直接独立控制，能够显著减小转向半径，增加汽车行驶轨迹控制的灵活性。更具有优势的是，利用各车轮的电气制动，回馈的能量可以给汽车电池充电，提高了能量的利用率。基于上述原因，对轮毂电机的研究已是新能源汽车领域的热点。

目前，在轮毂电机驱动系统中，电池与电力电子变换装置一般安装在车体里，利用线缆与车轮内的轮毂电机交换能量和控制信号。由于汽车行驶时的机械震动与摩擦，这部分电缆容易出现断路故障，需要经常维护。为了避免此类故障的频发，日本东京大学的研究人员设计了一种基于双向无线电能传输的电机驱动样机(样机框架参考下图6)。它将基于电缆的有线电能传输替换成基于耦合线圈的无线电能传输，同时通过无线通信来实现信号交流。这种系统具有高可靠性、高效率、转矩可控性好、允许能量回馈的优点。然而，车轮部分的控制系统包含有直流储能电容和整流-逆变的两级式功率变换器，尚有改进的空间：直流储能电容作为功率变换器稳定性最差的部件，长期处于车轮内高温、震动的工况中、极易发生故障；轻便性也是有待改进的指标，两级式的功率变换结构和直流储能电容使系统集成度不高，会使车轮本就有限的空间更加局促，也增加了电机驱动系统的重量，从而会增加车轮簧下质量和轮毂的转动惯性，最终降低车轮操控的灵活性。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统，本发明的目的是解决现有轮毂电机驱动系统功率转化级数多、功率密度低、轻便性不足、电缆和直流母线电容导致的运行不可靠的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于双向无线电能传输的矩阵式电机驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括：