雙機械端口磁通切換永磁無刷電機及其多模式驅(qū)動控制研究.pdf

1、近年來，隨著對能源、環(huán)境等重要問題的持續(xù)關切，以“高電氣化程度、高能源效率”為設計理念的電動汽車、混合動力汽車等新能源汽車在全球范圍內(nèi)獲得了迅猛的發(fā)展。與此同時，為滿足現(xiàn)代復雜的綜合性工況需求，新能源汽車對車用驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)提出了高傳動效率、多驅(qū)動運行模式和小型輕量化等較為嚴苛的新需求。雙機械端口永磁電機，作為一種具有雙動力輸入或輸出端口的新類型電機，不僅具有高功率/轉(zhuǎn)矩密度、高效率和寬速度運行范圍等綜合性能方面的優(yōu)點，而且具備電

2、機結構緊湊、動力傳遞和分配靈活及驅(qū)動運行模式豐富等特點，在電機領域中引起了眾多國內(nèi)外學者的關注，目前已成為現(xiàn)代混合動力電動汽車動力驅(qū)動研究的熱點方向之一。
　　本文將“定子永磁型”電機理論與雙機械端口類電機相融合，提出了一種雙機械端口磁通切換永磁無刷(Dual-Mechanical-Port Flux-Switching PermanentMagnet brushless，簡稱DMP-FSPMBL)電機，并較為深入系統(tǒng)地對該電機進

3、行了理論分析和實驗研究，主要研究內(nèi)容如下:
　　1.將高功率密度、高效率定子永磁型FSPM電機設計理念融入雙機械端口電機，提出結構新穎的DMP-FSPMBL電機。在闡述該電機基本結構特點和運行原理的基礎上，建立了內(nèi)外電機的功率尺寸方程，對內(nèi)外電機的極槽配比、永磁體拓撲結構、繞組匝數(shù)、額定相電流等開展了初始設計。此外，采用磁路法對內(nèi)外電機之間的磁耦合特性進行定性分析，并由此確定了采用定子隔磁磁障的設計方法降低內(nèi)外電機的磁路耦合。

4、r>　　2.將內(nèi)外電機功率最優(yōu)分配的設計思想引入DMP-FSPMBL電機的設計，以電機系統(tǒng)的磁負荷和電負荷作為綜合約束條件，探索并提出了該類電機在結構尺寸和電機總功率等多個約束限制下的內(nèi)外電機的最優(yōu)裂比。
　　3.針對該類DMP-FSPMBL電機存在內(nèi)外兩個電機，集成度高、磁路復雜等特點，提出一種基于電機設計參數(shù)“敏感度分層”的多目標優(yōu)化策略，并分別采取“響應面法”和“多目標遺傳算法”對不同敏感層進行針對性的優(yōu)化，實現(xiàn)了“輸出轉(zhuǎn)矩

5、”、“轉(zhuǎn)矩脈動”和“內(nèi)外電機磁耦合程度”等多個設計目標之間的綜合權衡和性能最優(yōu)。該多目標優(yōu)化設計方法，為解決具有復雜結構永磁類電機的快速高效設計，提供一種行之有效的電機設計思路和方法。
　　4.采用有限元法對DMP-FSPMBL電機的反電動勢、定位力矩、電感、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩脈動和磁耦合特性等電磁性能進行較為詳細的評估和分析，初步驗證了本文所提電機結構的合理性以及多目標優(yōu)化設計方法的有效性。此外，研究了內(nèi)外電機的運行效率MAP和不同運行

6、電流角MAP特性，揭示了DMP-FSPMBL電機具備在寬速度范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率和可靠性運行的潛在能力。
　　5.將DMP-FSPMBL電機與非接觸式永磁行星齒輪磁力傳動部件相結合，構建了具有結構空間緊湊、動力集成度高的無刷化電磁式混合動力系統(tǒng)。建立了該混合動力系統(tǒng)的數(shù)學模型，初步分析了該混合動力系統(tǒng)在應對復雜運行工況情形下的多種驅(qū)動運行模式及功率流傳輸途徑。
　　6.建立了基于DMP-FSPMBL電機混合動力系統(tǒng)整車仿真模型，

7、研究了“純電優(yōu)先”的整車驅(qū)動控制策略;研究了該系統(tǒng)在多模式驅(qū)動運行下的連續(xù)變速和連續(xù)變載基本性能。并且，在NEDC工況的基礎上，分析了電機及整車動力系統(tǒng)的連續(xù)工況能力，探討了其潛在的應用可行性。
　　7.加工了DMP-FSPMBL實驗樣機，搭建了混合動力系統(tǒng)模擬實驗平臺，對電機的基本性能和混合動力系統(tǒng)在多種驅(qū)動模式下的變速變載特性進行了測試和綜合評估。
　　理論分析和實驗結果驗證了DMP-FSPMBL電機以及相應的混合動力合