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原文传递基于双定子永磁电机的混合动力汽车功率分配装置及其控制研究

论文题名：	基于双定子永磁电机的混合动力汽车功率分配装置及其控制研究
关键词：	混合动力汽车;电子无级调速;功率分配;永磁电机;电机设计
摘要：	随着全球环境恶化以及石油资源的日益短缺,传统汽车产业面临着严峻考验。因此,节能环保新能源汽车的研发已经成为世界各国政府的战略性产业和国内外专家学者关注的热点之一。作为新能源汽车的一类,混合动力汽车(HEVs)以其燃油经济性高、尾气排放低、续航里程长的显著优点脱颖而出,并得到了快速的发展。本文研究了一种新型的无刷、无齿轮的混合动力汽车功率分配装置,其研究内容涉及功率分配用双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机的结构选择、电磁特性分析以及该电机的优化设计方法。鉴于功率分配川DS-PMBL电机具有可以独立控制其内外定子绕组的结构特点,提出了一种无刷、无齿轮的混合动力汽车电子无级调速(E-CVT)系统,制造了实验样机,并构建了以该样机为功率分配装置的E-CVT系统实验平台,对其开展了实验研究。　　论文主要研究成果包括以下几个方面: 　　 1.从目前国内外E-CVT系统所采用的功率分配装置的结构特点出发,将混合动力汽车E-CVT系统的功率分配装置归纳为两类:第一类是以行星齿轮组为代表的有齿轮结构,第二类为以双转子(或称双机械端口)电机为代表的无齿轮型E-CVT系统。分析了以行星齿轮结构为功率分配装置和以双转子电机为功率分配装置的E-CVT系统的优缺点。　　 2.提出了一种以DS－PMBL电机为功率分配装置的无齿轮、无刷型E-CVT系统。基于DS—PMBL电机的结构特点,详细分析了该系统的基本结构组成和一般运行原理,对该系统的不同运行模式进行了原理性分析。　　 3.阐明了功率分配用DS－PMBL电机的结构选择依据,导出了DS－PMBL电机这类双层气隙电机的功率方程,为电机主要尺寸参数的确定提供了依据。采用2－D有限元分析方法,对电机的磁场分布、气隙磁密、空载永磁磁链、绕组电感以及空载反电势等主要电磁特性进行分析,设计并制作了一台2.5kW的样机,样机实验结果验证了有限元计算的正确性。研究表明,该电机的内外定子绕组之间互感很小,可以忽略不计,即该电机可以将发动机提供的功率转换为两路独立控制的电功率,从而为其用作功率分配装置奠定了基础。　　 4.借鉴单层气隙永磁电机通过优化其裂比以获得最大功率密度的设计方法,对DS-PMBL电机这类具有双层气隙的永磁电机,基于所导出的电机功率方程研究了裂比对其功率密度的影响,提出了DS-PMBL电机的最大功率密度设计方法。　　 5.依据基本的电磁定律建立了DS-PMBL电机的数学模型,包括定子坐标系下的数学模型和转子旋转坐标系下的数学模型,为建立其仿真模型奠定了理论基础。在此基础之上,结合所建立的电机数学模型和有限元计算获得的电机电磁参数,搭建了基于Matlab／Simulink的以DS-PMBL电机为功率分配装置的E-CVT系统仿真模型,深入分析了电机不同控制条件下的运行特性,研究了所提出的E-CVT系统的动态性能,并通过仿真验证了所提出系统的E-CVT功能的有效性。　　 6.构建了基于DSP的以DS-PMBL电机为功率分配装置的E-CVT系统硬件测试平台。设计了系统的硬件电路,编制了系统的软件程序,为所提出E-CVT系统的实验验证奠定了软件和硬件基础。较为深入地研究了DS-PMBL电机的功率分配功能以及其内电机的冷起动性能,并通过实验验证了所提出E-CVT系统的有效性。
作者：	王玉彬
专业：	电气工程;电机与电器
导师：	程明
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文