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原文传递轮毂驱动专用新型电磁离合器设计及实验研究

论文题名：	轮毂驱动专用新型电磁离合器设计及实验研究
关键词：	轮毂电机驱动;永磁双稳态;电磁离合器;电磁设计;动力学计算;控制电路
摘要：	轮毂电机驱动中电机与轮毂之间为紧固刚性连接，因此受载荷和路况影响，机械冲击和电磁冲击不可避免，起动电流大，舒适感差，制动反电动势大，危及控制器，阻碍了其应用推广。引进传统燃油汽车中采用机械离合器来缓释起步和换挡冲击的思想，若在轮毂电机驱动中引入离合器，将电机与轮毂之间的紧固刚性连接转变为可控柔性连接，则可有效缓释机电冲击，提高驱动系统可靠性及驾乘舒适性。对于安装空间受限诸多的电动汽车轮毂电机场合，现有的离合器无论是外形体积，能量消耗，还是操控便捷性，均无法满足应用需求。为此，本文提出并研制一种新型永磁双稳态电磁离合器，为构建轮毂电机电磁离合系统打下坚实基础，具有较强的工程指导意义。　　论文首先介绍了该新型电磁离合器的工作原理、结构特点以及构建轮毂电机电磁离合系统的方式，阐述其双稳态低耗能特征并说明适合轮毂驱动的原因。针对轮毂驱动对离合器的特殊要求，对新型离合器的材料选择及结构设计进行分析和研究，并介绍主要部件的加工制作方案。　　在结构设计的基础上，通过详细对比二维和三维磁场有限元计算结果，将其磁场计算模型简化至二维。从利于变结构参数优化设计的角度出发，建立了电磁离合器的二维磁场解析计算模型，推导得出了全场域磁场分布的解析解，并分析其特点。进一步，建立了电磁离合器的简化磁路分析模型，推导了漏磁系数的简化解析解表达式，确立了简化磁路法作为新型电磁离合器优化设计的有力手段。在此基础上，以外形小巧、永磁体利用率高为目标，以漏磁系数为研究对象，开展电磁离合器的电磁优化设计研究，得出优化的主要尺寸比例关系。　　在电磁设计的基础上，设计样机，分析其基本电磁特性，并建立电磁离合器的动力学特性计算模型。在对比电磁机构常用的动力学计算方法之后，针对新型电磁离合器自身特点，提出改进的场路耦合法。并且，结合电感等参数特点，对新型电磁离合器的动力学计算模型作出合理简化，为设计操控简单的驱动控制电路打下基础。同时，采用改进场路耦合法分析了电磁离合器样机在脉冲电流下的工作特性。　　在动力学分析的基础上，开展驱动控制电路设计研究。对比并实践了几种用于新型电磁离合器的控制电流脉冲产生方式和换向电路，确定了电容放电式小功率脉冲电源的控制方案，并提出一种由衔铁运动触动的换向行程开关，实现了简单可靠的电磁离合器控制电路结构。结合电磁离合器电路特点及动力学特性，提出最小放电脉宽的概念，并由改进场路耦合法计算样机的最小放电脉宽，紧接着推导了电磁离合器电路的放电脉宽的解析解。基于此，以高动态响应为前提，得出了两台样机的电路参数优化设计方案。　　最后，构建了新型电磁离合器的专用实验平台。制作了两台不同磁体的电磁离合器样机，分别对两台样机进行静力学和动力学实验测试和评估，验证了分析与设计方法的有效性，并结合实验结果展开讨论，从而进一步优化设计方案。
作者：	蔡万里
专业：	电机与电器
导师：	辜承林
授予学位：	博士
授予学位单位：	华中科技大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文