發(fā)布時間：2018-08-28 18:11

【摘要】：近年來,隨著對能源、環(huán)境等重要問題的持續(xù)關(guān)切,以“高電氣化程度、高能源效率”為設(shè)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(fù)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(yán)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,而且具備電機結(jié)構(gòu)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(lǐng)域中引起了眾多國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)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 Permanent Magnet brushless,簡稱DMP-FSPMBL)電機,并較為深入系統(tǒng)地對該電機進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(shè)計理念融入雙機械端口電機,提出結(jié)構(gòu)新穎的DMP-FSPMBL電機。在闡述該電機基本結(jié)構(gòu)特點和運行原理的基礎(chǔ)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)、繞組匝數(shù)、額定相電流等開展了初始設(shè)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(shè)計方法降低內(nèi)外電機的磁路耦合。2.將內(nèi)外電機功率最優(yōu)分配的設(shè)計思想引入DMP-FSPMBL電機的設(shè)計,以電機系統(tǒng)的磁負(fù)荷和電負(fù)荷作為綜合約束條件,探索并提出了該類電機在結(jié)構(gòu)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(fù)雜等特點,提出一種基于電機設(shè)計參數(shù)“敏感度分層”的多目標(biāo)優(yōu)化策略,并分別采取“響應(yīng)面法”和“多目標(biāo)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”、“轉(zhuǎn)矩脈動”和“內(nèi)外電機磁耦合程度”等多個設(shè)計目標(biāo)之間的綜合權(quán)衡和性能最優(yōu)。該多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計方法,為解決具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)永磁類電機的快速高效設(shè)計,提供一種行之有效的電機設(shè)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(xì)的評估和分析,初步驗證了本文所提電機結(jié)構(gòu)的合理性以及多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)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(jié)合,構(gòu)建了具有結(jié)構(gòu)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(xué)模型,初步分析了該混合動力系統(tǒng)在應(yīng)對復(fù)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,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(chǔ)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(yīng)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(jié)果驗了 DMP-FSPMBL電機以及相應(yīng)的混合動力合成系統(tǒng)的有效性和正確性,證實了基于該電機的混合動系統(tǒng)具有多模式驅(qū)動運行的能力,為其在混合動力電動汽車的潛在驅(qū)動應(yīng)用提供了理論支持和實驗基礎(chǔ)。
[Abstract]:In recent years, with the continuous concern about energy, environment and other important issues, new energy vehicles such as electric vehicles, hybrid electric vehicles and other new energy vehicles with the design concept of "high electrification and high energy efficiency" have developed rapidly in the world. At the same time, in order to meet the needs of modern complex and comprehensive working conditions, NEW energy vehicles are used for vehicles. Driving motors and their control systems have put forward stringent new requirements such as high transmission efficiency, multi-drive operation modes and small and lightweight. Dual-mechanical-port permanent magnet motor, as a new type of motor with dual-power input or output ports, not only has high power/torque density, high efficiency and wide speed range, but also has many advantages. With the advantages of energy, compact motor structure, flexible power transfer and distribution, and rich driving mode, it has attracted the attention of many scholars at home and abroad in the field of motor. Now it has become one of the hotspots in the research of power drive of modern hybrid electric vehicles. A dual-mechanical-port flux-switching Permanent Magnet brushless (DMP-FSPMBL) motor is proposed, which is integrated with dual-mechanical-port motor. The theoretical analysis and experimental research of the motor are carried out systematically. The main contents are as follows: 1. High power density, The design concept of high-efficiency stator permanent magnet type FSPM motor is integrated into the dual-mechanical-port motor, and a novel structure DMP-FSPMBL motor is proposed. On the basis of explaining the basic structure characteristics and operation principle of the motor, the power dimension equation of the internal and external motor is established. The pole-slot ratio of the internal and external motor, the topological structure of the permanent magnet, the number of winding turns, and the rated phase current of the motor are given. In addition, the magnetic coupling characteristics between internal and external motors are qualitatively analyzed by magnetic circuit method, and the design method of stator magnetic barrier is adopted to reduce the magnetic coupling between internal and external motors. 2. The design idea of optimal power distribution between internal and external motors is introduced into the design of DMP-FSPMBL motors to design the motor system. Magnetic load and electric load are considered as comprehensive constraints, and the optimal split ratio of the internal and external motor is explored and proposed under the constraints of structure size and total power of the motor. The response surface method and the multi-objective genetic algorithm are used to optimize the different sensitive layers, and the comprehensive tradeoff and performance optimization among the design objectives of "output torque", "torque ripple" and "internal and external motor magnetic coupling degree" are achieved. In order to solve the problem of fast and efficient design of permanent magnet motors with complex structures, an effective design method is provided. 4. Electromagnetic properties of DMP-FSPMBL motors, such as back EMF, positioning torque, inductance, torque, torque ripple and magnetic coupling characteristics, are evaluated and analyzed in detail by finite element method. The rationality of the motor structure and the effectiveness of the multi-objective optimization design method are preliminarily verified. In addition, the operating efficiency MAP of the internal and external motors and the MAP characteristics of different operating current angles are studied. It is revealed that the DMP-FSPMBL motor has the potential ability to operate efficiently and reliably in a wide speed range. 5. The DMP-FSPMBL is electrified. The brushless electromagnetic hybrid power system with compact structure and high power integration is constructed by combining the engine with the non-contact permanent magnet planetary gear magnetic transmission components. The mathematical model of the hybrid power system is established, and the various driving modes of the hybrid power system under complex operating conditions are preliminarily analyzed. 6. The vehicle simulation model based on DMP-FSPMBL motor hybrid system is established, and the driving control strategy of "pure electric priority" is studied. The basic performance of the system under multi-mode drive is studied, and the motor and vehicle under NEDC are analyzed. The prototype DMP-FSPMBL is manufactured and the simulation experiment platform of hybrid power system is built. The basic performance of the motor and the variable-speed variable-load characteristic of hybrid power system under various driving modes are tested and evaluated comprehensively. The validity and correctness of the DMP-FSPMBL motor and the corresponding hybrid system are verified. The hybrid system based on DMP-FSPMBL motor has the ability of multi-mode drive operation, which provides theoretical support and experimental basis for its potential application in hybrid electric vehicle.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM351

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本文編號：2210179