电动汽车用最大矩角逼近型永磁电机及其高性能控制

Reluctance torque plays an important role to improve torque density of permanent magnet (PM) motor for electric vehicles. A novel torque-angle approximation PM (TAAPM) motor will be proposed when considering PM torque and reluctance torque simultaneously. This project will illustrate torque regulation principle based on optimized rotor topology, and the shifting angles of PMs and air-slot will be designed to improved torque density. Moreover, topology, electromagnetic parameters and their influences on rotor structural risk and loss will be investigated, thus summarizing design law and optimal calculating method of the proposed TAAPM motor. Furthermore, the impact on slots per pole per phase and layers of reluctance torque and torque ripple will be assessed, which reveals the inherent association of reluctance torque, torque ripple and winding configuration. Hybrid PM material will be modeled to analyze the optimal magnetic circuit characteristics of high PM utilization ratio and the design principle of hybrid PM motor. In addition, a flux-linkage observe will be presented , named as assumed inherent sensor support vector machine inverse, to realize high precision on-line inductance identification and maximum torque per ampere control. Finally, experimental platform will be established to analyze and evaluate the overall performance of the proposed motor drive. The basic problems of science and the principle of torque-angle will be clarified. The general design and control rules of TAAPM motor will be revealed, laying a good theoretical and experimental foundation for their applications.

磁阻转矩的高效利用是电动汽车永磁电机转矩密度提升的重要途径。突破传统永磁电机永磁转矩和磁阻转矩难于兼顾的弊端，研究一类永磁转矩、磁阻转矩最大值的矩角逼近型永磁（TAAPM）电机。阐明转子优化设计的转矩调节机理，设计永磁体和空气槽的偏移量，提升转矩密度；研究拓扑结构与电磁参数对转矩性能、转子结构风险和损耗的影响规律，总结设计原则和优化计算方法；评估每极每相槽数、层数对磁阻转矩以及转矩脉动的影响，揭示磁阻转矩、转矩脉动与绕组分布及层数之间的内在关联；建立混合磁材料励磁模型，分析混合磁材料的最优磁路特征，归纳混合磁性材料电机的设计准则；设计基于“内含传感器”支持向量机逆的磁链观测器，实现高精度电感在线辨识与最大转矩电流比控制；构建高效能永磁电机驱动系统，实验评估系统的综合性能。提炼基础科学问题，探索矩角差异性基本规律，揭示TAAPM电机设计与控制的一般性方法，为其应用奠定理论和实验基础。

永磁同步电机磁阻转矩的高效利用，可用来提升电机的转矩密度，提高电机的功率密度，从而降低电机的永磁体用量，降低电机的成本。本项目从矩角逼近型永磁电机的设计、矩角逼近机理的分析和最大转矩电流角控制方法入手，以提高永磁同步电机的磁阻转矩利用率，尤其是通过矩角逼近设计方法提升电机的总转矩输出能力。.本项目延续国家自然科学基金（61273154）的研究，对电动汽车用永磁同步电机进行持续、深入的研究。针对永磁同步电机磁阻转矩利用率不高，提出了一种矩角逼近型永磁电机，分析了电机转矩性能提升的原因。在转矩分离的基础上，揭示了永磁转矩和磁阻转矩矩角变化与表嵌式永磁体偏移角以及空气磁障的内在联系，提出了永磁转矩和磁阻转矩矩角逼近设计机理。提出了一种混合磁材料的永磁辅助同步磁阻电机，总结出不对称转子的优化设计准则，实现了电机的高转矩品质设计。针对永磁同步电机转矩脉动的抑制展开研究，实现了有效抑制转矩脉动的同时，降低平均转矩的损失，以及维持甚至提升电机的平均转矩。提出了基于自适应线性神经网络的参数在线辨识算法，最终实现了基于电感在线辨识的最大转矩电流比控制。针对所设计的含有磁阻转矩的永磁电机，提出了注入信号频率可变的最大转矩电流比控制，从控制方面最大化利用电机的磁阻转矩。加工制造设计的实验样机，搭建基于dSPACE的实时仿真系统，对电机的静态特性及最大转矩电流比控制进行实验验证。.本项目相关研究成果在国内外权威期刊发表论文篇，其中SCI检索论文25篇、Ei检索论文5篇；授权国家发明专利16件；获江苏省科学技术二等奖1项；获评江苏省优秀博士、硕士学位论文各1篇。