电磁主动悬架永磁同步直线电机设计与研究

作     者：王思远 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈思忠

授予年度：2017年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：电磁悬架 圆筒型永磁同步直线电机 坐标变换 矢量控制 电磁设计 有限元分析 最优控制 

摘      要：主动悬架系统,可以根据车辆运动状态和路面条件,通过作动器,实时向悬架系统输入一个可控的主动力,有效改善车辆行驶平顺性和操纵稳定性,但是过高的能耗以及成本,导致其无法大规模推广应用。电磁主动悬架,是利用电磁反应原理的新型悬挂系统,具有以下几个优点:响应时间短;控制精度高;馈能电路可以实现车身振动能量回收利用,弥补了主动悬架能耗大,结构复杂等不足。因此对于电磁主动悬架的研究具有非常重要的意义。本文基于电磁悬架、直线电机国内外研究现状,设计了一款结构紧凑,输出平稳推力的圆筒型永磁同步直线电机,并给出了以其为作动器的电磁主动悬架结构设计方案,主要研究内容如下:1、基于对圆筒型永磁同步直线电机结构和工作原理的认识,建立其数学模型。通过功率不变的坐标变换将电机方程由a-b-c坐标系转换到d-q坐标系,采用电压前馈对定子电流进行解耦,通过矢量控制实现对电机推力的精确控制。2、根据电机作用,即抑制车辆低频振动,估算其额定参数,进而选择电磁负荷,然后进行电机初级尺寸、结构设计计算,其中包括电机极槽比、槽形和绕组形式,槽满率设计计算;在次级设计时,主要涉及永磁材料的选取和永磁体尺寸的计算,最后计算电机的电磁参数,确定电机设计参数。3、利用ANSYS Maxwell建立圆筒型永磁同步直线电机有限元模型,采用两种方法:仿真与解析计算的气隙磁密对比;理论和仿真法求解的推力常数对比,验证了有限元模型的正确性。并进一步研究圆筒型永磁同步直线电机的结构形式、结构参数和其他因素对于电磁推力的影响规律。4、利用Matlab/Simulink,针对1/4车电磁悬架设计最优控制器,在B级30m/s和E级路面10m/s的工况下对B、C、SUV等车型均进行了仿真,结果表明:该电机构成的电磁悬架可有效改善车辆平顺性。最后给出电磁悬架的设计方案。