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基于双单元12/4磁悬浮开关磁阻电机的车载飞轮电池传动系统设计
| 论文题名： | 基于双单元12/4磁悬浮开关磁阻电机的车载飞轮电池传动系统设计 |
| 关键词： | 电动汽车;飞轮电池;轴向支承;电磁特性;温度场 |
| 摘要： | 储能技术的缓慢发展成为电动汽车发展的最大瓶颈，因此当前储能技术如何突破已引起全球资本市场的广泛讨论。飞轮电池作为一种可行的物理储能装置，具有比能量高、比功率大、寿命长等诸多优点，成为储能技术研究的热点。磁悬浮开关磁阻电机(Bearingless Switched Reluctance Motors,BSRM)具有结构简单，转矩大，寿命长、待机损耗低等优点，成为飞轮电池能量转换的理想装置之一。与普通开关磁阻相比，BSRM的悬浮系统一般与转矩系统集成一体，对两者间的耦合关系开展的研究具有非常重要的实际价值，如何克服BSRM的非线性、强耦合等种种不足，挖掘BSRM的潜力，让其更好地适用于飞轮电池中是目前研究的热点方向。 本文在分析现有飞轮电池及其驱动电机的基础上，将新型双单元12/4BSRM应用于飞轮储能系统内，围绕电机的运行机理、关键参数设计、轴向支承系统设计、数学模型建立、电磁性能分析、温度场分析等方面展开具体研究。 首先提出课题研究的背景与意义，结合文献阐述了飞轮电池的研究综述与研究现状，简要概括了飞轮电池的主要研究技术方向。针对飞轮电池对高性能电机的要求，从理论技术、研究现状等方面做出详细分析，确定以双单元12/4BSRM作为本文主要研究对象，并对本文主要工作内容安排进行说明。 其次，对飞轮电池作为辅助电池的主要结构参数进行合理设计的基础上，利用有限元应力分析法对飞轮电池的飞轮转子强度进行仿真验证。对目前主流的BSRM的结构对比分析，确定双单元12/4BSRM为飞轮电池的主要能量转换机构，并对双单元12/4BSRM的尺寸参数进行确定。 随后，针对飞轮电池轴向支承系统，主要设计了飞轮电池用轴向卸载永磁轴承(Axial Unloading Permanent Magnet Bearing,AUPMB)和轴向混合磁轴承(Axial Hybrid Magnetic Bearing,AHMB)，分别从介绍工作原理、建立数学模型和计算基本参数等方面入手，同时利用有限元仿真软件验证轴承的电磁性能。 然后，对双单元12/4BSRM的转矩与悬浮力数学模型进行推导后，利用有限元仿真软件完成电机的电磁性能的验证，主要从电机的转矩性能、悬浮性能、耦合特性等方面对电机的电磁性能进行分析，验证了双单元12/4BSRM在电磁性能上的优越性。 完成验证后，借助有限元软件对电机的损耗进行分析。在分析完的电机损耗基础上，结合电机温度场分析的基本理论，建立双单元12/4BSRM的温度场分析模型，根据经验公式法确定电机的热传导的主要参数，结合电机损耗分析结果，求解出电机的最终温度分布符合电机设计基本要求。 |
| 作者： | 曹恺 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 孙玉坤 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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