Modeling and Testing of the Multi-pole Field of a Motor for Pure Electric Vehicles

From the principles of electromechanical energy conversion and electromagnetic torque generation, our study evaluatedthe mathematical model of the electromagnetic torque and the vector control method of motors. An analysis of motor typesindicates that the electromechanical energy conversion component is interchangeable. Three distinct types of motor structures,namely DC, induction, and synchronous, are possible, all three being commonly used in pure electric vehicles. For each motortype, simulation models were developed using Modelica, a modeling language for object-oriented multi-domain physicalsystem. A test model of each motor type was configured in the MWorks simulation platform. With a representative motor,specifically the permanent-magnet DC motor, the asynchronous induction motor, and the permanent-magnet synchronousmotor, mechanical properties were simulated and analyzed. The simulation results show that the characteristics of each motormodel are consistent with the theoretical and engineering performance of the representative motor. Therefore, modeling,motor control, and performance testing of a unified multi-pole-field motor, which is used in pure electric vehicles, have beenachieved.

基于路径搜索DQN的特殊车辆路线优化策略

为保障特殊车辆在复杂且易拥堵的城市交通环境下执行紧急任务的时效性与畅通性,提出一种基于路径搜索式深度Q网络(P-DQN)的特殊车辆路线优化策略。采用回溯法协助深度Q网络(DQN)解决路径搜索过程中的死路、回路问题,利用人工势场机制引导DQN搜索路径,避免路径结果过长。结合轮盘赌选择法与贪婪值自适应调整机制进一步提升DQN选取路段和建议行驶速度时的准确性。实验在InTAS数据集上对真实城市交通进行模拟,与RERoute、CH等SOTA方法相比,P-DQN获得的总价值提高约16%。

特种车辆轮毂电机铁心损耗计算研究

铁心损耗在特种车辆轮毂电机损耗中占据较大比例,直接影响驱动系统的效率和温升。为准确计算铁心损耗,以一台额定功率70 kW的轮毂电机为研究对象,通过时步有限元分析得到定子铁心各个区域的磁密波形,并分别对径向磁密、切向磁密波形进行谐波分析,进而研究旋转磁化和谐波磁场对轮毂电机定子铁耗的影响。在进行磁密波形及其谐波分析后,采用3种铁耗计算方法分别计算轮毂电机定子铁耗,从轮毂电机效率及损耗试验数据中分离出定子铁耗值,并与不同方法的计算结果进行比对分析,结果表明同时考虑旋转磁化及谐波磁场影响的计算方法精度最高,其计算结果与试验值最相近,验证了计算方法的有效性。

矿用蓄电池特种车辆用变频牵引电机的研究与设计

传统交流变频调速系统只有恒转矩段和恒功率段,且恒转矩段约占整个调速范围的1/2,中频段特性比较硬,转矩不会跟随转速的变化而变化。为了让交流变频调速系统满足矿用蓄电池特种车辆的牵引工况,模拟直流调速系统的低速大扭矩“挖掘机”软特性,以DC 128 V的矿用铅酸蓄电池铲运车为例,通过对比直流电机特性参数,详细介绍了变频牵引电机多段速关键点、额定功率、额定电压、额定转速、启动电流、额定转差率和电机极对数等关键参数的设计方法,使得变频牵引电机转速与扭矩机械特性曲线与原直流电机相吻合,使其完全适用于矿用蓄电池特种车辆的行走,并在煤矿井下得到了验证。

50kW车用永磁电机冷却结构优化与温度场分析

针对车用永磁同步电机在装配空间有限的情况下提高功率密度的问题,以一台50 kW车用永磁电机(PMSM)为研究对象,设计一种新型冷却结构,并进行了温度场仿真计算。通过有限元软件建立PMSM三位温度场仿真模型,得到电机内部绕组温度分布情况,并分析了新型冷却结构的电机温度场分布情况,与传统的冷却结构在同等条件下进行对比分析,结果表明本电机新型冷却结构设计合理。相比于传统冷却结构,新型冷却结构能更好地降低绕组端部温升,为开发大功率车用永磁电机或减小电机体积提供一定参考。

场车司机的不安全行为研究及建议

本文以场车司机易造成安全事故的高危、频发的不安全行为作为研究重点,明确其行为表现、事故特征,提出合理措施和相关建议,以降低场车事故风险。

基于计算流体力学冷却风机性能参数设计分析

冷却风机作为电动轮车辆轮边牵引电机冷却系统最重要的部件,其性能优劣对冷却系统的效果有直接的影响。针对强制冷却系统的结构特点,结合牵引电机的冷却需求,对影响风机冷却风量和压差的关键参数进行设计;在此基础上,基于CFD搭建风机的流场分析模型;采用差异化网格划分技术,对不同区域选取不同网格尺寸;对整机和叶片静压场进行分析,并对整机全压场和流道区域速度场进行分析,获取关键参数值,并与设计值进行对比。结果可知:风机内部的流场十分复杂,多处存在二次流和尾流-射流现象,但是流动趋势符合流体力学原理;模拟所得流量结果为3.86m^(3)/s与设计流量4m^(3)/s误差为3.63%,模拟功率结果为29.4kW与设计功率29.92kW的误差为1.77%,二者结果一致,表明设计和分析结果是合理的。参数设计计算和流场分析结果一致性,为同类型冷却风机设计提供参考。

基于多物理场仿真的跨坐式单轨车用永磁牵引电机综合设计

针对跨坐式单轨车辆牵引用下一代驱动电机的技术特点和发展趋势,基于国家“双碳”战略大背景下,提出了跨坐式单轨车辆用永磁同步牵引电机的动力牵引方式。现以跨坐式单轨车辆给定的技术指标和要求,通过电磁场、温度场及应力场的多物理场综合设计方法,研制了一台105kW永磁同步牵引电机,从跨坐式永磁牵引电机的技术特点、电机关键问题的解决、特殊结构的设计等方面进行了重点研究,并研制了样机进行了测试,验证了所设计的跨坐式永磁牵引电机方案的可行性,并实现一列车的装车应用。

电动车用感应电机磁场定向矢量控制研究

电动车用感应电机参数变化易引起电机振荡现象,文中以含微分运算的三相感应电机模型为基础,提出了一种具有转差频率控制的转子磁场定向矢量控制方法,给出了相关的理论推导及实验结果。该方法能够有效地抑制由于电机参数变化过大导致的电机振荡现象,能使电机可靠地运行于弱磁区域,可满足高功率密度、高转速电动车用感应电机的控制要求。实验结果验证了该方法的正确性及有效性。

轨道车辆用永磁同步电机系统弱磁控制策略

内置式永磁同步电机可利用其磁阻效应来提高电机效率和改善调速特性,适宜用作轨道车辆的牵引电机。研究了轨道车辆用内置式永磁同步电机的弱磁控制,提出了利用电压极限椭圆的梯度下降法进行弱磁和电流参考值修正的新方法。该方法主要分为弱磁区域的确定和电流参考值的修正。弱磁区域由恒转矩曲线方向和电压极限椭圆递减方向之间的夹角大小来确定,电压极限椭圆递减方向信息通过梯度下降法计算得到。电流参考值的大小根据不同弱磁区域内弱磁方向和电压差值的幅度大小来确定。采用Matlab软件建立了系统仿真模型,针对100kW的轨道车辆用永磁同步电动机开发了基于TMS320LF2407A DSP的弱磁控制系统实验平台。仿真和实验结果证明了该策略的有效性。

常导高速磁悬浮列车电磁场的分析与测量

常导高速磁悬浮列车采用长定子直线同步电机驱动,依靠电磁场进行悬浮和推进。由于定子齿槽和材料不连续性的影响,其电磁场的分布情况很难通过解析的方式进行精确的描述。采用有限元方法对列车内的悬浮磁场和推进磁场进行了系统的研究,得到了气隙内的磁场分布,计算出了悬浮力和推进力,并发现了6倍频的波动。最后,采用霍尔传感器对气隙磁场进行了测量,验证了分析的正确性。

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。

特种异步电机转子温度场的计算

本文针对定子采用蒸发冷却方式的大型异步电机建立了转子三维温度场的计算模型 ,并以一台样机为实例 ,计算了两种通风方式 (不带风扇和一端风扇 )下转子和端环的温度分布 。

电动汽车永磁同步电机最优制动能量回馈控制

永磁同步电机具有高效率、高转矩密度等优点,被广泛地用作电动汽车牵引电机。永磁同步电机通常采用磁场定向(field oriented control,FOC)控制算法实现最大效率控制。该文研究永磁同步电机在磁场定向控制下的制动原理,结合电动汽车驱动系统(包括永磁同步电机、逆变器和电池)模型,进而分析电动汽车最优制动能量回馈控制策略。根据现有的电动汽车电气和机械耦合制动方案,对比分析常用的并联制动控制策略和串联制动控制策略,得出串联制动控制策略可实现最优的能量回馈制动,并联制动控制策略通过改变机械制动的自由行程可实现较好的能量回馈制动。

电动汽车用永磁电机弱磁调速能力

针对电动汽车驱动系统对永磁电机恒功率调速范围的较高要求,研究了内置V型磁路结构参数对永磁电机弱磁调速能力的影响。采用有限元仿真的方法分析相邻磁极间距和磁极中心植入深度与直轴电感、交轴电感、凸极率、气隙磁密和永磁磁链之间的关系,并由此得到永磁转矩和磁阻转矩的变化规律。结合电机控制器最大逆变电压和输出电流,总结出永磁电机反电势和转子结构参数与弱磁调速范围的关系。样机实验结果表明,通过调整转子磁路结构进而优化电机反电势和凸极率的方法能够有效拓宽永磁电机弱磁调速范围。电动汽车用永磁电机应适当增加转子相邻磁极间距并降低永磁体埋置深度,降低电机反电势的同时增加磁阻转矩,提高恒功率调速阶段带载能力。

轮毂电机电动车流场特性数值计算

建立了四轮轮毂电机驱动电动车的仿真模型,并在考虑前端进气,车轮旋转以及地面效应影响情况下,得到了最接近真实情况下电动车行驶时的外流场及轮边流场.对轮边驱动结构给流场带来的影响以及轮毂电机通风散热条件进行了分析.所得结果为轮边驱动电动车空气动力学性能优化以及轮边系统热管理提供了重要依据.

电动汽车永磁无刷轮毂电机磁场定向控制

永磁无刷轮毂电机通常具有接近正弦波形的反电势,适合采用正弦波电流驱动。基于霍尔位置传感器的磁场定向控制应用于此种电机,具有效率高,转矩脉动小等优点。在电动汽车轮毂电机直接驱动应用中,要求避免出现较大的瞬态转矩以及抑制转矩脉动,通过增加前馈控制可有效抑制瞬态较大的转矩的出现,增加死区补偿可有效改善转矩脉动。试验结果表明,基于前馈和增加死区补偿的磁场定向控制应用在电动汽车永磁无刷轮毂电机控制中具有更好的控制效果,消除了瞬时转矩较大变化引起的不平顺,减小了稳态转矩脉动产生的驾驶室噪声。

干式涡旋真空泵用特种电机温度场仿真与实验

针对单相电源供电干式涡旋真空泵用特种电机温升过高经常烧毁的问题,对采用电子移相方式运行的新研发电机的温度场进行仿真计算和实验分析。以抽速为2 L/s的干式涡旋真空泵电机为例,利用有限元分析法建立其温度场计算的仿真模型,设置热源激励和散热边界条件,获得了新研发电机内部各个部件温度场分布特征;对研发的单相电源供电干式涡旋真空泵用特种电机进行温升实验,获得了从冷态起动到温升稳定过程中关键部件温度随时间变化特性曲线。温度场分析和实验结果表明,所研发电机温度分布合理,电机内最高温度点的温升尚有安全裕度,为新产品批量生产提供了科学依据。

新型可调磁永磁无刷直流电动机在电动汽车中的应用

介绍了一种新的电动汽车驱动控制技术———可调磁永磁电机控制技术.并以一套自行研制的可调磁永磁无刷直流电动机介绍其电机结构和控制原理,最后给出实验结果.

电动车用轮式电机的研制

介绍了永磁外转子电机的设计、分析、制造及试验。重点讨论了如何设计磁钢的形状 ,使主极磁场中 3次和 5次谐波磁场分量达到要求值 ,从而提高电机的出力。用有限元方法计算了反电势波形 ,其设计值和试验值吻合得比较好。该电机已用在电动车上 ,试验和实践表明 ,所设计的电机能达到预期的性能指标。