适用于电动汽车驱动的同轴双整距绕组分块转子开关磁阻电机系统的研究

Coaxial double switched reluctance motors with segmental rotors and fully-picthed windings for electric vehicle drive is presented. Two rotor sections are mounted staggering certain mechanical degrees, whereas two stator sections are aligned. Peak torque of one motor and trough torque of another motor overlap, so torque ripple are reduced greatly. 3D finite model of the switched reluctance motors with segmental rotors and fully-picthed windings is set up, and then its electromagnetic characteristics are studied, which include its magnetic field distribution, inductance, torque characteristics. Inductance characteristics of switched reluctance motors with segmental rotors and fully-picthed windings are mainly studied. Formulas of calculating its wniding inductances with an enhanced incremental energy method (EIEM) are deduced. The EIEM only computes the incremental energy, has less computation and higher computational precision. Maxwell Stress Tensor method is adopted to derive the mathematical models of radial force. A prototype of coaxial double switched reluctance motors with segmental rotors and fully-picthed windings is designed. The simulation model of the co-axial drive system of double switched reluctance motors with segmental rotors and fully-picthed windings is established, and analysis of the operational characteristics in single and double motor operation modes as well as current-sharing characteristics are analyzed for power equalization and fault-tolerant control. A digital control system for coaxial double switched reluctance motors with segmental rotors and fully-picthed windings is designed and the control strategies are analyzed and verified by experiments.

提成适用于电动汽车驱动的同轴双整距绕组分块转子SRM的驱动系统，在结构上，两定子沿轴向同相位安装，转子同轴安装，但错开一定角度，此时两台电机的转矩叠加，叠加后的转矩脉动显著减小。基于棱边有限元法建立整距绕组分块转子SRM的3D有限元模型，采用增强型能量增量法计算考虑端部效益的电感特性，通过麦克斯韦张量法推导整距绕组分块转子SRM的单定子齿径向力数学模型，完成电机的优化设计。采用平均电流法实现两电机的均流控制，实现同轴双整距绕组分块转子SRM系统的功率均衡控制。研究一台整距绕组分块转子SRM突然故障失去动力后，系统瞬时动态特性，以及故障切除后只有单台电机工作时的系统特性。研制一套高性能、高可靠性控制系统，完成各种实验。

整距绕组分块转子SRM除具有普通SRM的控制灵活，耐高温等优点外，亦具有高速运行时风（油）阻小、低铁心损耗、高可靠性和高容错性等优点。因此，整距绕组分块转子开关磁阻电机在电动车驱动系统中具有潜在的应用前景。. 采用棱边有限元法建立三维有限元模型并采用增强型能量增量法计算考虑端部效益的电感特性，建立了12/8结构整距绕组分块转子SRM三维有限元模型，仿真分析电机的静态磁密分布，考虑绕组端部效应计算了电机的相电感，由于考虑端部效应以及其它部分漏磁的影响，相对二维有限元计算值具有较高的计算精度。. 基于整距绕组分块转子SRM电感特性的掌握，确定了定、转子极弧系数选取的原则；将绕组电流波形等效于方波，推导了整距绕组分块转子SRM的主体尺寸计算公式；并通过二维场路耦合有限元仿真验证了电机的性能。基于提出的方法设计整距绕组分块转子SRM实验样机，并实验验证了本设计方法的有效性。. 针对整距绕组分块转子SRM转矩脉动大的缺点，在换相期间利用余弦分配函数，采用TSF转矩脉动抑制方法，并针对转速升高后，实际相电流不能跟踪上相参考电流，以及关断区间电流不可控导致转矩脉动增大的问题，通过增大或减小其它相电流补偿该相缺失或增加的转矩，以实现恒转矩输出。仿真和实验结果表明，相对电流斩波控制方法，提出的电流补偿策略的TSF法可有效抑制整距绕组分块转子SRM的转矩。. 把直接转矩控制方法应用于整距绕组分块转子SRM，推导了整距绕组分块转子SRM的瞬时转矩方程，得到直接转矩控制方法的控制目标，基于不对称半桥功率变换器确定了磁链滞环控制时空间电压矢量在定子坐标系中的位置和顺序，以及三相分块转子SRM直接转矩控制所需的开关状态表。设计了分块转子SRM的直接转矩控制方法仿真模型和实验系统，并与电流斩波控制进行了对比，结果表明，直接转矩控制方法可有效抑制整距绕组分块转子SRM转矩脉动。.研究了基于高频正弦信号注入的无位置传感器方法，推导了注入高频信号模型，以及位置估算的方法，通过滤波和一系列的坐标变换，得到实时转子位置，并通过实验实现了该方法的低速无位置传感器运行。