检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：刘国鹏哈尔滨工业大学

学位级别：博士

混合动力汽车在实现低油耗和低排放的同时,避免了纯电动汽车在充电和续航方面的劣势,是一种兼顾环保和实用的新能源汽车。基于行星齿轮的电控无级变速器是目前主流的混合动力系统方案之一。但行星齿轮存在振动、噪声和维护成本高等问题... 详细信息

混合动力汽车在实现低油耗和低排放的同时,避免了纯电动汽车在充电和续航方面的劣势,是一种兼顾环保和实用的新能源汽车。基于行星齿轮的电控无级变速器是目前主流的混合动力系统方案之一。但行星齿轮存在振动、噪声和维护成本高等问题。因此,基于复合结构电机的传动方案成为国内外的研究热点,其中磁场调制型无刷复合结构电机具有显著优势。该方案由一台磁场调制型无刷双转子电机和一台转矩调节电机组成,能够实现电控无级变速器功能,但是两台电机并排放置会导致混合动力系统轴向长度和体积较大。本论文研究的双绕组双聚磁式磁场调制无刷复合结构电机(Dual-Winding Dual-Concentrated-Flux-Type Magnetic-Field Modulated Brushless Compound-Structure Machine,DDMFM-BCSM)能够同时实现磁场调制型无刷双转子电机和转矩调节电机的功能,且具有高集成度和高转矩密度等优势。本文主要研究工作如下: 首先,对DDMFM-BCSM的拓扑结构、工作原理和快速分析模型进行了研究。提出了DDMFM-BCSM的拓扑结构,推导了其气隙磁密表达式,进一步分析了其工作特性,证明了其能够实现双转子转速和转矩解耦运行。考虑到该电机结构复杂,有限元仿真时间较长,建立了基于磁网络的快速分析模型,在对不同部件进行网格剖分和等效磁路构建后,实现对电机磁场分布和电磁性能的快速求解。其次,对DDMFM-BCSM的双绕组匹配规律和匹配方案进行了研究。针对DDMFM-BCSM中绕组耦合、磁密谐波和凸极效应会导致电机反电势谐波和转矩脉动过高的问题,研究了其双绕组低耦合、低谐波和低凸极性匹配规律,揭示了极对数组合、单元电机数和单元电机槽数与绕组耦合程度和凸极效应间的内在联系,给出了其双绕组匹配设计方法。对不同双绕组匹配方案进行评估,给出了最佳的匹配方案。再次,对DDMFM-BCSM的电磁转矩、定位力矩和调制绕组功率因数进行了研究。推导了该电机的电磁转矩表达式,分析了影响电磁转矩的关键因素,探讨了永磁体尺寸和槽口尺寸对电磁转矩的影响规律。推导了该电机的定位力矩表达式,研究了双转子极对数组合对定位力矩的影响规律,得到了低定位力矩的极对数组合选取原则。推导了调制绕组功率因数的表达式,分析了影响调制绕组功率因数的因素,研究了永磁体尺寸和槽口尺寸对调制绕组功率因数的影响规律。然后,对永磁材料性能波动、硅钢片切割和过盈配合对DDMFM-BCSM性能的影响规律进行了研究。给出了切割和过盈配合后硅钢片磁化曲线的计算方法,研究了三种因素单独作用对DDMFM-BCSM性能的影响规律。建立了同时考虑三种因素作用的DDMFM-BCSM分析模型,研究了三种因素共同作用对该电机性能的影响规律。通过方差分析的方式,研究了三种因素对不同电磁性能影响的灵敏度。最后,加工了一台DDMFM-BCSM样机,并对其进行了测试。针对该电机结构复杂和难以加工的问题,对其结构进行了一定改进,有效降低了加工难度,并提高了电机结构强度。对电机的电气参数、反电势、转矩、效率等性能进行了测试,验证了前文分析和仿真的正确性。通过工作模式测试,证明了DDMFM-BCSM可以满足混合动力汽车复杂多变的行驶需求。通过温升试验,证明了DDMFM-BCSM能够长时间安全运行。

关键词：无刷复合结构电机磁场调制双绕组双聚磁式电控无级变速器

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混合动力汽车用集成式磁场调制型无刷复合结构电机研究

混合动力汽车用集成式磁场调制型无刷复合结构电机研究

引用

作者：刘家琦哈尔滨工业大学

学位级别：博士

世界上首款量产的混合动力汽车丰田普锐斯所采用的核心技术——电控无级变速器(Electrical Continuously Variable Transmission,ECVT)一直是国际上的研究热点。丰田普锐斯采用的ECVT是基于行星齿轮的机械式方案,存在振动、噪声、磨损... 详细信息

世界上首款量产的混合动力汽车丰田普锐斯所采用的核心技术——电控无级变速器(Electrical Continuously Variable Transmission,ECVT)一直是国际上的研究热点。丰田普锐斯采用的ECVT是基于行星齿轮的机械式方案,存在振动、噪声、磨损和需要定期维护等问题。因此,很多学者提出了基于复合结构电机的ECVT方案。这些方案不需要行星齿轮,因而可避免上述机械问题。然而早期复合结构电机方案需要电刷滑环进行馈电,造成电机可靠性下降等问题。本课题研究的集成式磁场调制型无刷复合结构电机(Integrated Magnetic-Field-Modulated Brushless Compound-Structure Machine,IMFM-BCSM)是一种新型无刷多端口电机,解决了早期复合结构电机中电刷滑环带来的特殊问题,同时还具有结构紧凑的优点,有望应用在混合动力汽车等需要双转轴解耦控制的场合。本文的主要研究工作包括以下几个方面:首先,对IMFM-BCSM的工作原理及工作模式进行了研究。推导了IMFM-BCSM的气隙磁场表达式,对比研究了不同拓扑方案在内、外气隙处的磁场分布,综合考虑后将调制转子内置式方案确定为后续研究方案。通过图解法分析了IMFM-BCSM转速转矩运行特性,表明了IMFM-BCSM能够实现其两个输出转轴的转速转矩解耦功能。结合IMFM-BCSM的多端口特性,研究了IMFM-BCSM在不同工作模式下的功率流动情况,提出了混合动力汽车应用背景下的多模式统一分析方法,为后续电机设计和效率分析奠定了基础。其次,对IMFM-BCSM电磁转矩、定位力矩以及不平衡磁拉力的产生机理进行了研究。采用虚功法推导了IMFM-BCSM的电磁转矩表达式,探讨了极对数组合、导磁块以及永磁体结构参数对电磁转矩的影响规律。采用虚功法推导了IMFM-BCSM定位力矩表达式,从调制磁场相互作用角度揭示了IMFM-BCSM定位力矩的产生机理,研究了极对数组合和导磁块形状对定位力矩的影响规律。基于麦克斯韦公式推导了IMFM-BCSM不平衡磁拉力表达式,研究了不同极对数组合下不平衡磁拉力的矢量特性。为提升电机的转矩密度,降低定位力矩和不平衡磁拉力提供理论依据。再次,对IMFM-BCSM调制绕组和转矩绕组的设计方法进行了研究。针对IMFM-BCSM中两套绕组相互耦合、绕组反电势畸变严重、调制转子具有凸极效应的问题,提出了IMFM-BCSM双绕组设计过程中应满足的三个基本原则,并研究了在三个基本原则约束下的双绕组设计方法。在此基础上,建立了相应的绕组评价体系,得出了适用于IMFM-BCSM的最佳极槽匹配方案。为进一步降低转矩绕组中的反电势谐波,提出了准正弦集中绕组排布方法。对比分析了准正弦集中绕组排布和传统分数槽集中绕组排布对电机性能的影响,验证了所提出的低谐波绕组排布方法的有效性。然后,对IMFM-BCSM谐波损耗及其抑制方法进行了研究。针对IMFM-BCSM气隙磁场谐波成分复杂的特点,推导了调制磁场在电机定子、永磁转子和调制转子中的交变频率,分析了谐波磁场在电机各部件中的时变特性。研究了定子铁心损耗、永磁体涡流损耗以及调制转子铁心损耗的变化规律。随后建立了IMFM-BCSM的变磁阻磁路模型,揭示了永磁转子结构对永磁体涡流损耗的影响机理。对比分析了不同永磁转子结构对电机性能的影响,研究表明切向充磁式永磁转子结构方案在提高输出转矩和降低永磁体损耗等方面具有显著优势。最后,研制了一台IMFM-BCSM样机,搭建实验测试平台并进行了实验研究。首先讨论了不同永磁转子结构的加固方法,确定了可行的永磁转子结构方案。为验证前文理论分析的正确性,对IMFM-BCSM样机的电气参数、空载反电动势、转速转矩特性、效率等性能进行了全面的测试与分析。此外,对IMFM-BCSM样机进行了混合动力工况的模拟测试,结果表明IMFM-BCSM可以实现输入轴和输出轴的转速、转矩独立控制,能够满足混合动力汽车的复杂工况需求。实验结果为IMFM-BCSM的进一步改进和工程应用提供了实验依据。

关键词：电控无级变速器磁场调制无刷复合结构电机电磁转矩电磁力绕组设计谐波损耗

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混合动力汽车用复合结构电机及其关键技术发展

引用

哈尔滨工业大学学报 2016年第3期48卷 1-10页

作者：郑萍白金刚宋志翌刘勇哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院

为更深入地了解混合动力汽车用复合结构电机的发展趋势和关键技术,对复合结构电机及其关键技术进行综述,简要分析了有刷、无刷两类复合结构电机的组成、工作原理及其拓扑结构,并对不同复合结构电机方案的优势及其存在的关键技术问题进... 详细信息

为更深入地了解混合动力汽车用复合结构电机的发展趋势和关键技术,对复合结构电机及其关键技术进行综述,简要分析了有刷、无刷两类复合结构电机的组成、工作原理及其拓扑结构,并对不同复合结构电机方案的优势及其存在的关键技术问题进行深入分析和总结.结果表明:基于复合结构电机的纯电气式混合动力方案不仅可以避免基于行星齿轮的机械式混合动力方案中的振动、噪声、磨损和定期维护等问题,而且具有结构简单紧凑、易于控制的优势.无刷复合结构电机去掉了有刷复合结构电机中的电刷滑环机构,提高了系统可靠性,因此复合结构电机无刷化是该研究方向的必然发展趋势.

关键词：混合动力汽车复合结构永磁同步电机四象限能量转换器电气变速器双机械端口电机定子永磁式双转子电机无刷复合结构电机

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