双定子错位型混合励磁轴向磁场磁通切换电机及其控制技术研究

基本信息
批准号:51807093
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:徐妲
学科分类:
依托单位:南京理工大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李强,蒋雪峰,孙炜,余剑,屠逸翔
关键词:
轴向磁通混合励磁定子错位磁通切换型电机定子永磁型
结项摘要

This project presents a twisted-stators hybrid axial field flux-switching permanent magnet (TS-HAFFSPM) machine for the electric vehicle applications. Incorporating the advanced features of dual outer stators and one inner rotor, the machine exhibits a simple and compact structure with high full-speed-range operation efficiency and high power density. The hybrid structure consisting of the magnets and field excitation results in flexible flux regulation capacity, increased starting torque and widen adjustable speed range. Meanwhile, the fault-tolerant performance of the machine is greatly improved due to the specific structure design and the independent control of the field windings in the two stators. This project aims at studying the new topology, the design principles, the electromagnetic characteristics, the accurate calculation of the parameters and the flux regulation method of the TS-HAFFSPM machine. The research will be extended to various aspects including the electromagnetic and optimal design of the machine and its control system, the coordination control strategy between the field and armature currents, and the fault tolerant control strategy. The hardware control platform based on the dSPACE will be established. The machine control precepts which could satisfy all kinds of operation performance requirements will be determined, and will be validated by experiments. The project would resolve the key technique problems such as the design of TS-HAFFSPM machine and the fault-tolerant independent control of the field windings. These scientific questions will be put forward, and lay the foundation for the future investigation and applications. The object is to supply a new selection scheme for EV drive system, and this is significant in both theoretical and practical application aspects.

针对电动汽车驱动系统应用要求,提出一种双定子错位型混合励磁轴向磁场磁通切换电机。电机由两个外定子、一个内转子组成,结构简单、紧凑,全速运行效率和功率密度高;永磁体与电励磁绕组提供的两套励磁源,增加了调磁灵活性,提升了起动转矩,拓宽了恒功率调速范围;独特的容错结构设计和两侧定子励磁绕组独立控制提高了系统的容错性能。项目研究其新型结构、设计原则、电磁特性、参数准确计算和容错控制方法,开展电机的电磁和优化设计,探求电机及控制系统稳态和瞬态性能分析的普遍方法、励磁与电枢电流协调控制与容错多绕组独立控制策略,构建以dSPACE为核心的硬件平台,制定满足不同性能要求的电机控制方案,进行试验研究,解决定子错位型轴向磁场混合励磁电机设计、控制系统可靠性等关键技术问题,凝练科学问题,为后续研究和应用奠定基础。该新结构电机的研制成功,为电动汽车提供新的备选驱动方案,具有重要的理论意义和应用价值。

项目摘要

本项目针对电动汽车驱动系统应用要求提出一种双定子错位型混合励磁轴向磁场磁通切换电机,从理论分析、仿真计算和实验研究三方面对该新型电机设计及其控制方法进行了研究。项目首次提出了错位双定子混合励磁轴向磁通切换电机,研究了该电机的通用设计、电磁特性计算、多目标优化方法和损耗计算;提出了转子轭部开孔的损耗削弱方法并对轭部开孔尺寸进行了优化设计,在不降低电磁性能的基础上有效提高了电机效率;研究了励磁谐波电流对该电机反电动势谐波和转矩脉动的影响,合理选择注入的励磁谐波电流大小可有效降低电机转矩脉动和反电动势谐波,在不增加控制系统复杂程度的基础上有效提高了运行性能;研究了该电机强容错性开路故障容错控制策略,首次提出的励磁绕组容错控制策略充分利用了该电机的结构特点,不仅可利用直流励磁电流提高电机正常运行时的输出转矩,而且为开路故障后的容错运行提供了备选,提高了绕组利用率和容错运行效率,降低了制造成本;构建了以RT-Unit为核心的硬件平台,制定了满足不同性能要求的电机控制方案并进行了实验验证,实现了电机控制系统控制策略的快速切换和良好的动态运行性能。项目解决了定子错位型轴向磁场混合励磁电机设计、控制系统可靠性等关键技术问题,为设计宽调速、高效率的该类型电机和推广应用奠定了基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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