插电式混合动力汽车用高效大转矩密度轴向叠片开关磁通永磁电机驱动系统研究

基本信息
批准号:61301035
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:徐伟
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王晋,李大伟,陈红,张小龙,祝喆
关键词:
等效磁路模型联合仿真技术电气驱动系统场路耦合法模型预测力矩控制
结项摘要

Electric drive system decides the performance, price and marketization of plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs). Based on a new type of series-parallel PHEV electrical drive configuration, only one machine acting as both motor and generator is employed, which greatly simplifies related mechanical connection. In this project, a novel axially laminated flux switching permanent magnet machine is proposed, aiming at better usage of permanent magnet flux linkage, decreasing eddy current loss, increasing torque density and working efficiency. One new magnetic equivalent circuit model is put forward to study the nonlinear and saturation traits. Furthermore, performance estimation and optimal electromagnetic design principles are established. Analyses of transient magnetic field and traction properties with different external disturbances and internal excitations are carried out by cosimulation modelling and investigation on the whole drive system based on the field-circuit coupling methodology. A new model predictive torque control strategy is proposed with full consideration on switching frequency of converter and the machine double salient structure. Furthermore, a reasonable cost function is introduced to acquire the best working sequence of the switches in one period, decrease switching loss and torque ripple, and improve the dynamic response. An existing hardware platform is used to test machine drive performance and implement control strategies so as to verify relative theoretical analyses. Successful development of the novel drive system will accelerate the PHEV wide commercialization greatly, which demonstrates excellent theoretical innovation and prosperous application potentiality.

电气驱动系统直接影响插电式混合动力车(PHEV)的性能、价格和市场化步伐。基于新型串并联PHEV驱动结构,本项目将采用一台驱动电机兼做发电和电动运行,极大简化系统机械连接。针对不同工况需求,提出一种新型轴向叠片开关磁通永磁电机,有效利用永磁磁链并降低涡流损耗,提高电机转矩密度和运行效率。分析磁路非线性和饱和度,建立合理磁路模型,掌握相关特性分析和电磁优化设计方法和原则。根据场路耦合原理,建立驱动系统联合仿真模型,分析不同外部干扰和内部激励下的电机动态磁场变化和牵引特性,并确定电磁设计方案。考虑变流器开关频率和电机双凸极结构影响,提出新型模型预测力矩控制策略,建立合理成本函数,获得一个周期内开关管最佳工作时序,有效降低开关损耗和力矩波动,提高电机动态响应能力。完成电机性能测试和控制策略,验证相关理论分析。新驱动系统的成功研发将有力推进PHEV商业化进程,具有较大的理论价值和应用前景。

项目摘要

本课题从新型串并联PHEV电驱动结构出发,以丰田HEV系统为参考,提出一种性能优良的新型轴向叠片开关磁通电机驱动系统。针对新电机在拓扑结构、数学建模、性能分析、电磁优化设计、加工制造、驱动控制策略中面临的理论与工程技术难题,展开全面深入的研究。首先,本课题利用新型PHEV电驱动系统仿真模型和高速公路运行模式,结合对电驱动系统的相关要求,确定了其驱动电机的主要性能指标。其次,本课题通过电磁场、热场和机械场的联合仿真分析,确定了新型轴向叠片磁通切换电机的电磁设计方案。最后,本课题搭建了新型轴向叠片磁通切换电机的实验平台,并利用该平台研究了模型预测控制和滑膜控制等高级控制算法的应用。.综上所述,本课题的研究成果对于提高PHEV的电气驱动性能、增加单位电能的驱动行程、促进PHEV的产业化进程等具有重要的意义。本课题资助发表论文40篇,其中期刊论文17篇,会议论文23篇,SCI检索16篇,EI检索论文40篇。授权中国发明专利11项,受理14项。项目培养博士研究生4名,硕士研究生5名。项目批准经费26万元,支出22.23万元,各项支出基本与预算相符。项目剩余经费3.77万元,将用于本项目后续的研究。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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