電動汽車用最大矩角逼近型永磁電機及其高性能控制

《電動汽車用最大矩角逼近型永磁電機及其高性能控制》是依託江蘇大學，由劉國海擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：電動汽車用最大矩角逼近型永磁電機及其高性能控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉國海
• 依託單位：江蘇大學

項目摘要

磁阻轉矩的高效利用是電動汽車永磁電機轉矩密度提升的重要途徑。突破傳統永磁電機永磁轉矩和磁阻轉矩難於兼顧的弊端，研究一類永磁轉矩、磁阻轉矩最大值的矩角逼近型永磁（TAAPM）電機。闡明轉子最佳化設計的轉矩調節機理，設計永磁體和空氣槽的偏移量，提升轉矩密度；研究拓撲結構與電磁參數對轉矩性能、轉子結構風險和損耗的影響規律，總結設計原則和最佳化計算方法；評估每極每相槽數、層數對磁阻轉矩以及轉矩脈動的影響，揭示磁阻轉矩、轉矩脈動與繞組分布及層數之間的內在關聯；建立混合磁材料勵磁模型，分析混合磁材料的最優磁路特徵，歸納混合磁性材料電機的設計準則；設計基於“內含感測器”支持向量機逆的磁鏈觀測器，實現高精度電感線上辨識與最大轉矩電流比控制；構建高效能永磁電機驅動系統，實驗評估系統的綜合性能。提煉基礎科學問題，探索矩角差異性基本規律，揭示TAAPM電機設計與控制的一般性方法，為其套用奠定理論和實驗基礎。

結題摘要

永磁同步電機磁阻轉矩的高效利用，可用來提升電機的轉矩密度，提高電機的功率密度，從而降低電機的永磁體用量，降低電機的成本。本項目從矩角逼近型永磁電機的設計、矩角逼近機理的分析和最大轉矩電流角控制方法入手，以提高永磁同步電機的磁阻轉矩利用率，尤其是通過矩角逼近設計方法提升電機的總轉矩輸出能力。本項目延續國家自然科學基金（61273154）的研究，對電動汽車用永磁同步電機進行持續、深入的研究。針對永磁同步電機磁阻轉矩利用率不高，提出了一種矩角逼近型永磁電機，分析了電機轉矩性能提升的原因。在轉矩分離的基礎上，揭示了永磁轉矩和磁阻轉矩矩角變化與表嵌式永磁體偏移角以及空氣磁障的內在聯繫，提出了永磁轉矩和磁阻轉矩矩角逼近設計機理。提出了一種混合磁材料的永磁輔助同步磁阻電機，總結出不對稱轉子的最佳化設計準則，實現了電機的高轉矩品質設計。針對永磁同步電機轉矩脈動的抑制展開研究，實現了有效抑制轉矩脈動的同時，降低平均轉矩的損失，以及維持甚至提升電機的平均轉矩。提出了基於自適應線性神經網路的參數線上辨識算法，最終實現了基於電感線上辨識的最大轉矩電流比控制。針對所設計的含有磁阻轉矩的永磁電機，提出了注入信號頻率可變的最大轉矩電流比控制，從控制方面最大化利用電機的磁阻轉矩。加工製造設計的實驗樣機，搭建基於dSPACE的實時仿真系統，對電機的靜態特性及最大轉矩電流比控制進行實驗驗證。本項目相關研究成果在國內外權威期刊發表論文篇，其中SCI檢索論文25篇、Ei檢索論文5篇；授權國家發明專利16件；獲江蘇省科學技術二等獎1項；獲評江蘇省優秀博士、碩士學位論文各1篇。