基于雙定子永磁電機的混合動力汽車功率分配裝置及其控制研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境惡化以及石油資源的日益短缺,傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)面臨著嚴(yán)峻考驗。因此,節(jié)能環(huán)保新能源汽車的研發(fā)已經(jīng)成為世界各國政府的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)注的熱點之一。作為新能源汽車的一類,混合動力汽車(HEVs)以其燃油經(jīng)濟性高、尾氣排放低、續(xù)航里程長的顯著優(yōu)點脫穎而出,并得到了快速的發(fā)展。本文研究了一種新型的無刷、無齒輪的混合動力汽車功率分配裝置,其研究內(nèi)容涉及功率分配用雙定子永磁無刷(DS-PMBL)電機的結(jié)構(gòu)選擇、電磁特性分析以及該電

2、機的優(yōu)化設(shè)計方法。鑒于功率分配川DS-PMBL電機具有可以獨立控制其內(nèi)外定子繞組的結(jié)構(gòu)特點,提出了一種無刷、無齒輪的混合動力汽車電子無級調(diào)速(E-CVT)系統(tǒng),制造了實驗樣機,并構(gòu)建了以該樣機為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)實驗平臺,對其開展了實驗研究。
　　 論文主要研究成果包括以下幾個方面:
　　 1.從目前國內(nèi)外E-CVT系統(tǒng)所采用的功率分配裝置的結(jié)構(gòu)特點出發(fā),將混合動力汽車E-CVT系統(tǒng)的功率分配裝置歸納為兩類:第

3、一類是以行星齒輪組為代表的有齒輪結(jié)構(gòu),第二類為以雙轉(zhuǎn)子(或稱雙機械端口)電機為代表的無齒輪型E-CVT系統(tǒng)。分析了以行星齒輪結(jié)構(gòu)為功率分配裝置和以雙轉(zhuǎn)子電機為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)的優(yōu)缺點。
　　 2.提出了一種以DS－PMBL電機為功率分配裝置的無齒輪、無刷型E-CVT系統(tǒng)?；贒S—PMBL電機的結(jié)構(gòu)特點,詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成和一般運行原理,對該系統(tǒng)的不同運行模式進(jìn)行了原理性分析。
　　 3.闡明了功

4、率分配用DS－PMBL電機的結(jié)構(gòu)選擇依據(jù),導(dǎo)出了DS－PMBL電機這類雙層氣隙電機的功率方程,為電機主要尺寸參數(shù)的確定提供了依據(jù)。采用2－D有限元分析方法,對電機的磁場分布、氣隙磁密、空載永磁磁鏈、繞組電感以及空載反電勢等主要電磁特性進(jìn)行分析,設(shè)計并制作了一臺2.5kW的樣機,樣機實驗結(jié)果驗證了有限元計算的正確性。研究表明,該電機的內(nèi)外定子繞組之間互感很小,可以忽略不計,即該電機可以將發(fā)動機提供的功率轉(zhuǎn)換為兩路獨立控制的電功率,從而為其

5、用作功率分配裝置奠定了基礎(chǔ)。
　　 4.借鑒單層氣隙永磁電機通過優(yōu)化其裂比以獲得最大功率密度的設(shè)計方法,對DS-PMBL電機這類具有雙層氣隙的永磁電機,基于所導(dǎo)出的電機功率方程研究了裂比對其功率密度的影響,提出了DS-PMBL電機的最大功率密度設(shè)計方法。
　　 5.依據(jù)基本的電磁定律建立了DS-PMBL電機的數(shù)學(xué)模型,包括定子坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,為建立其仿真模型奠定了理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)之上,結(jié)

6、合所建立的電機數(shù)學(xué)模型和有限元計算獲得的電機電磁參數(shù),搭建了基于Matlab／Simulink的以DS-PMBL電機為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)仿真模型,深入分析了電機不同控制條件下的運行特性,研究了所提出的E-CVT系統(tǒng)的動態(tài)性能,并通過仿真驗證了所提出系統(tǒng)的E-CVT功能的有效性。
　　 6.構(gòu)建了基于DSP的以DS-PMBL電機為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)硬件測試平臺。設(shè)計了系統(tǒng)的硬件電路,編制了系統(tǒng)的軟件程序,為所提