本文選題：橫向磁通永磁電機(jī)　切入點(diǎn)：漏磁　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：橫向磁通永磁電機(jī)(TFPM)具有轉(zhuǎn)矩密度高、設(shè)計(jì)自由度大、電路與磁路相互解耦等眾多優(yōu)點(diǎn),然而尚不完善的設(shè)計(jì)流程、較大的漏磁與齒槽轉(zhuǎn)矩等不足直接限制了TFPM的推廣應(yīng)用。因此,論文重點(diǎn)解決TFPM設(shè)計(jì)及其多目標(biāo)優(yōu)化、TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制等關(guān)鍵技術(shù),所取得的研究成果對(duì)于實(shí)現(xiàn)TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用無(wú)疑兼具重要的理論研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。論文首先設(shè)計(jì)TFPM定、轉(zhuǎn)子拓?fù)?將磁路計(jì)算與三維有限元分析相結(jié)合,確定TFPM參數(shù)及尺寸,基于有限元組合參數(shù)掃描完成兼顧漏磁與齒槽轉(zhuǎn)矩抑制的TFPM初始方案設(shè)計(jì),提出了TFPM從拓?fù)湓O(shè)計(jì)、磁路計(jì)算到漏磁與齒槽轉(zhuǎn)矩兼顧抑制的設(shè)計(jì)流程。進(jìn)而研究基于優(yōu)化算法的TFPM多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),重點(diǎn)攻克多目標(biāo)優(yōu)化算法和目標(biāo)函數(shù)評(píng)價(jià)策略的合理選擇及匹配、優(yōu)化設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)確定、基于VBScript腳本的TFPM多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程實(shí)現(xiàn)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),形成TFPM多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)完整的且可供直接參考借鑒的解決方案。隨后,為了實(shí)現(xiàn)永磁體利用率的有效提升,提出一種基于永磁體聚磁原理的表貼式TFPM轉(zhuǎn)子永磁體減半方案,鑒于該方案輔助定子的存在導(dǎo)致工藝復(fù)雜及氣隙精度難以保證的不足,繼而設(shè)計(jì)無(wú)輔助定子的聚磁式TFPM,通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及磁路的合理匹配取消輔助定子,再基于田口正交矩陣試驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)聚磁式TFPM漏磁與齒槽轉(zhuǎn)矩的兼顧抑制且兼顧永磁體利用率的有效提升。以dSPACE平臺(tái)為核心,完成TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)以及TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)架的搭建,通過(guò)TFPM空載實(shí)驗(yàn)、TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載實(shí)驗(yàn)證實(shí)TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的合理可行性。為了實(shí)現(xiàn)TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定運(yùn)行,將系統(tǒng)仿真研究和實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證相結(jié)合,重點(diǎn)研究TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵傳感器故障在線(xiàn)診斷與容錯(cuò)控制。針對(duì)電流傳感器故障,攻克因逆變器死區(qū)效應(yīng)而導(dǎo)致的電流傳感器故障診斷策略失效,系統(tǒng)難于實(shí)現(xiàn)電流傳感器故障后容錯(cuò)運(yùn)行的技術(shù)難題,提出集成逆變器死區(qū)補(bǔ)償、電流傳感器故障診斷與容錯(cuò)控制的TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的解決方案。針對(duì)基于旋轉(zhuǎn)變壓器的位置傳感器故障,首先分析旋變故障所導(dǎo)致的位置偏差及在d、q軸定子電流中所呈現(xiàn)的故障特征,提出基于定子q軸電流故障特征的有效提取,再通過(guò)故障模式定位、識(shí)別和故障程度評(píng)估實(shí)現(xiàn)位置傳感器故障的在線(xiàn)診斷,巧妙地回避逆變器死區(qū)效應(yīng)引起的q軸電流脈動(dòng)對(duì)位置傳感器故障診斷精度的影響,再基于獲取的位置偏差實(shí)現(xiàn)位置傳感器故障后的TFPM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)容錯(cuò)控制的系統(tǒng)解決方案。
[Abstract]:Transverse flux permanent magnet motor (TFPMM) has many advantages, such as high torque density, large degree of freedom in design, decoupling between circuit and magnetic circuit, etc. The application of TFPM is restricted directly by the shortcomings of magnetic flux leakage and slot torque. Therefore, the key technologies of TFPM design and multi-objective optimization are emphasized in this paper, such as fault diagnosis and fault-tolerant control of key sensors in the driving system of TFPM. The research results obtained are undoubtedly of great theoretical significance and engineering application value for realizing the popularization and application of TFPM drive system in electric vehicle and other fields. Firstly, the paper designs the topology of TFPM stator and rotor. Combining magnetic circuit calculation with 3D finite element analysis, the TFPM parameters and dimensions are determined. Based on the scanning of finite element combination parameters, the initial scheme of TFPM with both flux leakage and slot torque suppression is designed, and the topology design of TFPM is proposed. The design flow of magnetic flux leakage and slot torque suppression is obtained. Then the multi-objective optimization design of TFPM based on optimization algorithm is studied, and the reasonable selection and matching of multi-objective optimization algorithm and objective function evaluation strategy are emphasized. The optimization design variables and objective functions are determined, and the TFPM multi-objective optimization design flow based on VBScript script is realized, which forms a complete solution for TFPM multi-objective optimization design and can be used for reference directly. In order to improve the utilization ratio of permanent magnets effectively, a surface paste TFPM rotor permanent magnet halving scheme based on the principle of permanent magnet accumulation is proposed. Due to the existence of auxiliary stator of this scheme, the process is complicated and the air gap precision is difficult to guarantee. Then, the magnetic accumulation type TFPMs without auxiliary stator are designed, and the auxiliary stator is cancelled by the reasonable matching of topology and magnetic circuit, and then the design is based on the Taguchi orthogonal matrix test. In order to realize the balance between magnetic flux leakage and slot torque of TFPM and the efficiency of permanent magnet utilization, the hardware and software design of TFPM drive system and the construction of TFPM driving system test-bed are completed with dSPACE platform as the core. In order to realize the robust and stable operation of the TFPM drive system, the system simulation is combined with the experimental test to verify the feasibility of the scheme design of the TFPM driver system, which is proved by the TFPM no-load experiment and the load experiment of the TFPM drive system. The key sensor fault diagnosis and fault tolerant control of TFPM drive system are studied in this paper. Aiming at the fault of current sensor, the fault diagnosis strategy of current sensor caused by dead time effect of inverter is overcome. It is difficult for the system to realize the technical problem of fault-tolerant operation after the fault of current sensor. The dead-time compensation of integrated inverter is proposed. Current sensor fault diagnosis and fault-tolerant control TFPM drive system safe and stable operation solution. Firstly, the position deviation caused by the rotating transformer fault and the fault characteristics presented in the stator current of the dnq axis are analyzed. The effective extraction of the fault feature based on the stator Q axis current is put forward, and then the fault mode is located. On-line fault diagnosis of position sensor is realized by identifying and evaluating fault degree, and the influence of Q-axis current pulsation caused by dead time effect of inverter on fault diagnosis accuracy of position sensor is avoided skillfully. Then, based on the obtained position deviation, the system solution of fault tolerant control of TFPM drive system after the fault of position sensor is realized.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM351

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本文編號(hào)：1617410