基于雙定子永磁電機(jī)的混合動(dòng)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(yàn)。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(diǎn)之一。作為新能源汽車的一類,混合動(dòng)力汽車(HEVs)以其燃油經(jīng)濟(jì)性高、尾氣排放低、續(xù)航里程長的顯著優(yōu)點(diǎn)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(dòng)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(jī)的結(jié)構(gòu)選擇、電磁特性分析以及該電

2、機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。鑒于功率分配川DS-PMBL電機(jī)具有可以獨(dú)立控制其內(nèi)外定子繞組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了一種無刷、無齒輪的混合動(dòng)力汽車電子無級(jí)調(diào)速(E-CVT)系統(tǒng),制造了實(shí)驗(yàn)樣機(jī),并構(gòu)建了以該樣機(jī)為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)其開展了實(shí)驗(yàn)研究。
　　 論文主要研究成果包括以下幾個(gè)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(diǎn)出發(fā),將混合動(dòng)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(jī)械端口)電機(jī)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(jī)為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 2.提出了一種以DS－PMBL電機(jī)為功率分配裝置的無齒輪、無刷型E-CVT系統(tǒng)?；贒S—PMBL電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成和一般運(yùn)行原理,對(duì)該系統(tǒng)的不同運(yùn)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(jī)的結(jié)構(gòu)選擇依據(jù),導(dǎo)出了DS－PMBL電機(jī)這類雙層氣隙電機(jī)的功率方程,為電機(jī)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(duì)電機(jī)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(jì)并制作了一臺(tái)2.5kW的樣機(jī),樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了有限元計(jì)算的正確性。研究表明,該電機(jī)的內(nèi)外定子繞組之間互感很小,可以忽略不計(jì),即該電機(jī)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)提供的功率轉(zhuǎn)換為兩路獨(dú)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(jī)通過優(yōu)化其裂比以獲得最大功率密度的設(shè)計(jì)方法,對(duì)DS-PMBL電機(jī)這類具有雙層氣隙的永磁電機(jī),基于所導(dǎo)出的電機(jī)功率方程研究了裂比對(duì)其功率密度的影響,提出了DS-PMBL電機(jī)的最大功率密度設(shè)計(jì)方法。
　　 5.依據(jù)基本的電磁定律建立了DS-PMBL電機(jī)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(jī)數(shù)學(xué)模型和有限元計(jì)算獲得的電機(jī)電磁參數(shù),搭建了基于Matlab／Simulink的以DS-PMBL電機(jī)為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)仿真模型,深入分析了電機(jī)不同控制條件下的運(yùn)行特性,研究了所提出的E-CVT系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,并通過仿真驗(yàn)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(jī)為功率分配裝置的E-CVT系統(tǒng)硬件測試平臺(tái)。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件電路,編制了系統(tǒng)的軟件程序,為所提