電動汽車新型橫向磁通輪轂電機直驅系統研究

《電動汽車新型橫向磁通輪轂電機直驅系統研究》是依託華中科技大學，由辜承林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電動汽車新型橫向磁通輪轂電機直驅系統研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：辜承林
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

本項目研究電動汽車先進驅動技術之輪轂式直驅系統，主體採用一種新型橫向磁通永磁電機，實施無位置感測器直接轉矩控制模式。此橫向磁通電機為外轉子結構，以扁平外形與輪轂匹配，具有高效率和低速大轉矩特徵，非常適合於電動汽車的驅動；無位置感測器直接轉矩控制方式能顯著提高系統的可靠性和傳動品質，可更好滿足電動汽車直驅系統的技術需求。本項目計畫在完善和最佳化新型橫向磁通輪轂電機電磁設計和結構設計基礎上，深入探討高效直驅式輪轂電機系統驅動控制的關鍵技術難題：其一是重載零速自起動問題，其二是惡劣工況下（載荷/速度大尺度頻繁隨機變化）大功率無位置控制系統的運行穩定性問題，其三是高品質電氣傳動（無級寬調速，切換平滑，駕乘舒適等）的技術保障問題。通過這三個方面的理論和技術探討以及實驗研究，充實電動汽車輪轂式直驅系統分析設計的方法體系和運行控制的實踐經驗，獲取有重要套用價值的實質進展。

結題摘要

本項目研究的電動汽車輪轂式直驅系統主體採用一種新型橫向磁通永磁電機（TFPMM），以適應輪轂電機對安裝尺寸和扁平外形的限制條件以及低速大轉矩的套用需求。在完善和最佳化新型TFPMM電磁設計和結構設計基礎上，深入探討高效直驅式輪轂電機系統驅動控制的關鍵技術難題，為實際套用提供有重要指導價值的理論依據和技術支撐。 本項目的研究內容主要包括以下三個方面。 其一，通過虛擬樣機技術實現輪轂電機電磁與機械結構最最佳化設計和系列化設計。參照項目組研製的3.0 kW專用實驗樣機，構建了基於Solidworks 的3D 虛擬設計/製造/裝配模組。同時，還構建了基於Matlab/Simulink 的仿真試驗模組。在此基礎上，由資料庫互動技術集成以上模組，初步構建了全功能可視化虛擬樣機設計平台。最後逐漸完善了平台的最最佳化設計（評估）和系列化設計（變結構、變參數）功能，以追求電機結構和性能與輪轂及整車之間的最佳融合與匹配。 其二，重點針對實際套用需求，探討有效的驅動控制方案以解決新型TFPMM驅動控制的關鍵技術難題。從系統的開環控制入手，對永磁同步和無刷直流兩種驅動模式進行綜合對比研究，並通過現場裝車試驗加以驗證。進一步地，針對120°導通方式的開環無刷直流驅動模式，以最大轉矩電流比為控制目標，實現了基於提前換相的有位置感測器控制新方案。此外，鑒於電動汽車高可靠性對無位置感測器控制技術的實際需要，深入分析了相電壓檢測法在新型TFPMM中產生附加誤差的機理，由此提出了改進的補償方案。與此同時，兼顧高轉矩電流比和低轉矩脈動，還實施了基於提前換相的有位置感測器直接轉矩控制新方案。更進一步，出於高可靠性需求，在傳統直接轉矩控制基礎上，針對定子磁鏈給定難問題，還實踐了無位置感測器磁鏈自適應直接轉矩控制新方案。 其三，探討輪轂電機系統專用電磁離合器執行機構及其控制策略，實現電機起動和車輛起步的分離，提高系統的動力品質。為探討離合器的相關接合規律，建立了基於Simulink的新型TFPMM及離合器的仿真模型並搭建了基於傳統內燃機汽車單盤乾式耐磨離合器的實驗平台。進一步，提出了一種適合於輪轂電機套用的新型雙穩態電磁離合器，為最終實現基於電磁離合器的直驅式輪轂電機系統奠定了良好的預研基礎。 本項目已培養博士2人，碩士4人，發表論文10篇（SCI-1，EI-7），申報專利4項（發明專利3項）。