电动汽车新型横向磁通轮毂电机直驱系统研究

本项目研究电动汽车先进驱动技术之轮毂式直驱系统，主体采用一种新型横向磁通永磁电机，实施无位置传感器直接转矩控制模式。此横向磁通电机为外转子结构，以扁平外形与轮毂匹配，具有高效率和低速大转矩特征，非常适合于电动汽车的驱动；无位置传感器直接转矩控制方式能显著提高系统的可靠性和传动品质，可更好满足电动汽车直驱系统的技术需求。本项目计划在完善和优化新型横向磁通轮毂电机电磁设计和结构设计基础上，深入探讨高效直驱式轮毂电机系统驱动控制的关键技术难题：其一是重载零速自起动问题，其二是恶劣工况下（载荷/速度大尺度频繁随机变化）大功率无位置控制系统的运行稳定性问题，其三是高品质电气传动（无级宽调速，切换平滑，驾乘舒适等）的技术保障问题。通过这三个方面的理论和技术探讨以及实验研究，充实电动汽车轮毂式直驱系统分析设计的方法体系和运行控制的实践经验，获取有重要应用价值的实质进展。

本项目研究的电动汽车轮毂式直驱系统主体采用一种新型横向磁通永磁电机（TFPMM），以适应轮毂电机对安装尺寸和扁平外形的限制条件以及低速大转矩的应用需求。在完善和优化新型TFPMM电磁设计和结构设计基础上，深入探讨高效直驱式轮毂电机系统驱动控制的关键技术难题，为实际应用提供有重要指导价值的理论依据和技术支撑。.本项目的研究内容主要包括以下三个方面。.其一，通过虚拟样机技术实现轮毂电机电磁与机械结构最优化设计和系列化设计。参照项目组研制的3.0 kW专用实验样机，构建了基于Solidworks 的3D 虚拟设计/制造/装配模块。同时，还构建了基于Matlab/Simulink 的仿真试验模块。在此基础上，由数据库交互技术集成以上模块，初步构建了全功能可视化虚拟样机设计平台。最后逐渐完善了平台的最优化设计（评估）和系列化设计（变结构、变参数）功能，以追求电机结构和性能与轮毂及整车之间的最佳融合与匹配。.其二，重点针对实际应用需求，探讨有效的驱动控制方案以解决新型TFPMM驱动控制的关键技术难题。从系统的开环控制入手，对永磁同步和无刷直流两种驱动模式进行综合对比研究，并通过现场装车试验加以验证。进一步地，针对120°导通方式的开环无刷直流驱动模式，以最大转矩电流比为控制目标，实现了基于提前换相的有位置传感器控制新方案。此外，鉴于电动汽车高可靠性对无位置传感器控制技术的实际需要，深入分析了相电压检测法在新型TFPMM中产生附加误差的机理，由此提出了改进的补偿方案。与此同时，兼顾高转矩电流比和低转矩脉动，还实施了基于提前换相的有位置传感器直接转矩控制新方案。更进一步，出于高可靠性需求，在传统直接转矩控制基础上，针对定子磁链给定难问题，还实践了无位置传感器磁链自适应直接转矩控制新方案。.其三，探讨轮毂电机系统专用电磁离合器执行机构及其控制策略，实现电机起动和车辆起步的分离，提高系统的动力品质。为探讨离合器的相关接合规律，建立了基于Simulink的新型TFPMM及离合器的仿真模型并搭建了基于传统内燃机汽车单盘干式耐磨离合器的实验平台。进一步，提出了一种适合于轮毂电机应用的新型双稳态电磁离合器，为最终实现基于电磁离合器的直驱式轮毂电机系统奠定了良好的预研基础。.本项目已培养博士2人，硕士4人，发表论文10篇（SCI-1，EI-7），申报专利4项（发明专利3项）。