检索结果-南通市图书馆

作者：陈祥龙重庆大学

学位级别：硕士

电动化是汽车、工程运输、特种车辆等移动机器动力传动系统的未来重要发展趋势。电驱动系统作为电动化移动机器的核心部件,常见有永磁同步、异步电机、开关磁阻三类电驱动系统。开关磁阻电驱动系统具有结构简单、坚固耐用、成本低廉、... 详细信息

电动化是汽车、工程运输、特种车辆等移动机器动力传动系统的未来重要发展趋势。电驱动系统作为电动化移动机器的核心部件,常见有永磁同步、异步电机、开关磁阻三类电驱动系统。开关磁阻电驱动系统具有结构简单、坚固耐用、成本低廉、耐高温振动、有效材料利用率高且不使用稀土元素等优点,作为新一代电驱动系统具有广阔应用前景与重要研究意义。本文充分考虑到了开关磁阻电驱动系统机电控之间的相互耦合、制约影响关系,创新性地提出了驱动电机、齿轮传动及控制相互耦合、同步寻优的协同设计理论与实现方法。采取了内外双层嵌套多目标智能优化等解决方案,解决了目前开关磁阻电机、电控与齿轮传动分开设计所造成的电驱动系统整体性能不高、多变工况单一控制等问题。本文提出了高性能开关磁阻电驱动系统的高效正向协同设计方法,获得了具备低转矩波动、低径向力波动、低能耗与高功率密度的开关磁阻电驱动系统机电控参数,极大提升了设计效率。具体研究内容如下:(1)建立了开关磁阻电机在不同相电流值下的电感、转矩特性簇,利用上述特性簇建立CCC-APC(电流斩波控制-角度位置控制)混合交叉控制的开关磁阻电机动态转矩插值模型;分别对开关磁阻电机定、转子齿在重叠和非重叠时的动态径向力进行了建模;基于等效磁路融合理论计算电机定、转子各部分磁密波形,通过傅里叶分解和考虑修正因子的叠加计算实现了开关磁阻电机铁耗建模,结合铜耗、机械损耗、杂散损耗的计算建立了开关磁阻电机损耗快速计算模型。上述建模计算结果同有限元法计算结果进行对比,验证了模型的正确性。(2)建立了齿轮传动系统强度计算模型,实现了斜齿轮副啮合齿面接触、齿根弯曲工况安全系数计算,以用于传动系统承载能力设计要求的校核;建立了包含齿轮啮合、轴承摩擦、风阻、搅油损耗在内的齿轮传动功率损耗模型,并验证了模型的正确性,结合电机损耗模型形成电驱动系统损耗模型,以用于典型循环工况电驱动系统能耗的计算。(3)以电动汽车为对象,对其行驶过程做运动学分析,推导了电动汽车平衡行驶方程;依据电动汽车构型、整车基本参数、动力指标计算驱动电机的峰值转矩与峰值功率,导出需求外特性曲线作为动力性约束指标;基于典型循环工况计算电驱动系统转速-转矩工作点,利用电驱动系统损耗模型计算电动汽车基于典型循环工况的经济性评价指标。(4)提出了协同机械、电气和控制参数,以低转矩波动、低径向力脉动、低耗、高功率密度为综合目标的开关磁阻电驱动系统正向协同优化设计方法。针对某电动汽车设计需求,开展了不同极数的开关磁阻电驱动系统机电控参数协同设计并对设计效果进行了比对分析。结果表明:经过机电控参数双层协同优化设计后,各极数的开关磁阻电驱动系统整体功耗、系统总重量显著下降,系统典型循环工况运行效率与最大输出功率密度明显提升,证实了本文所提出的开关磁阻电驱动系统机电控参数协同设计方法的有效性与优越性。

关键词：移动机器开关磁阻电驱动系统机电控参数多目标双层协同设计

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开关磁阻电驱动系统机电控协同设计

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汽车工程 2024年第8期46卷 1457-1468页

作者：刘长钊王坤宋健范朔铭陈祥龙重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 山东新华医疗器械股份有限公司淄博255086

提出一种高性能开关磁阻电驱动系统的高效正向协同设计方法,来提高开关磁阻电驱动系统的功率密度,同时降低汽车在典型循环行驶工况下的损耗。首先,建立开关磁阻电机动态转矩模型和径向力模型;然后,建立开关磁阻电机损耗模型,并结合齿轮... 详细信息

提出一种高性能开关磁阻电驱动系统的高效正向协同设计方法,来提高开关磁阻电驱动系统的功率密度,同时降低汽车在典型循环行驶工况下的损耗。首先,建立开关磁阻电机动态转矩模型和径向力模型;然后,建立开关磁阻电机损耗模型,并结合齿轮传动系统损耗模型形成电驱动系统损耗模型,用于典型循环行驶工况下电驱动系统损耗的计算。最后,以机械、电气和控制参数为协同设计变量,以系统的循环行驶工况损耗、质量和转矩波动与径向力脉动为优化目标,采用了双层嵌套优化方法进行优化设计。基于上述方法对12/8级开关磁阻电驱动系统进行优化设计,经协同优化设计后的开关磁阻电驱动系统总质量减轻了19.76%;CLTC-P典型循环工况的系统总损耗减少了42.45%;系统综合效率提升7.66%。

关键词：纯电动汽车开关磁阻电驱动系统机电控参数协同设计

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