本書針對弱混合動力汽車BSG應用背景,提出一種新型容錯式BSG用開關磁阻電機,并對其拓撲結構設計、運行原理分析、電磁參數優化、啟動發電性能仿真、容錯運行研究、溫度場分析、驅動控制系統設計,以及基于dSPACE的實驗驗證等方面進行了重點研究。本書內容新穎,是作者多年來在混合動力汽車BSG系統和開關磁阻電機研究中取得的一系列研發成果的總結,反映了新能源汽車領域的新理論和新方法。
由于世界性石油枯竭和溫室效應的日益嚴重,汽車節能減排的研究迫在眉睫,故大力發展具有高效、節能、清潔等顯著特點的新能源已經成為國家保障能源安全和轉型低碳經濟的重要舉措之一。在2016年10月26日舉行的中國汽車工程學會年會上,<節能與薪能源汽車技術路線圖》正式對外發布,該文件表明新能源汽車逐漸成為主流產品,汽車產業初步實現電動化轉型。如今,汽車電動化是節能減排的關鍵途徑,是汽車未來發展的必然趨勢。
目前,受電池能量密度低及快速充放電技術的制約,純電動汽車還存在續航里程相對較短、成本較高等不足,這也是純電動汽車短期內難以大規模推廣應用的主要問題,而加快研發和推廣混合動力技術,則是時下最有實用價值的策略。混合動力汽車在保持傳統汽車特點的同時,具有能優化車輛的動態性能、有效提高燃油效率、大大降低廢氣排放等優點,而且通過蓄電池可以將制動能量回收,因此受到了世界汽車巨頭和國內外相關領域學者的廣泛關注和高度重視。相比于強度、中度混合動力汽車的高昂售價和市場局限性,采用皮帶驅動起動/發電一體機(BSG)的弱混合動力技術的節能汽車性價比高、市場推廣容易、節能減排效果優良,被業內人士認為是現階段汽車實現節能減排的最佳方案之一。
BSG電機一般使用混合勵磁爪極電機、永磁同步電機和感應電機作為核心部件。然而,混合勵磁爪極電機在低速時較難獲得高轉矩且轉子結構復雜,不利于高速運行;永磁同步電機由于存在永磁材料,所以成本高且在高溫等惡劣環境下的穩定性難以保證;雖然感應電機的轉矩脈動小,控制系統成熟,但其轉子損耗大,功率因數
由于世界性石油枯竭和溫室效應的日益嚴重,汽車節能減排的研究迫在眉睫,故大力發展具有高效、節能、清潔等顯著特點的新能源已經成為國家保障能源安全和轉型低碳經濟的重要舉措之一。在2016年10月26日舉行的中國汽車工程學會年會上,<節能與薪能源汽車技術路線圖》正式對外發布,該文件表明新能源汽車逐漸成為主流產品,汽車產業初步實現電動化轉型。如今,汽車電動化是節能減排的關鍵途徑,是汽車未來發展的必然趨勢。
目前,受電池能量密度低及快速充放電技術的制約,純電動汽車還存在續航里程相對較短、成本較高等不足,這也是純電動汽車短期內難以大規模推廣應用的主要問題,而加快研發和推廣混合動力技術,則是時下最有實用價值的策略。混合動力汽車在保持傳統汽車特點的同時,具有能優化車輛的動態性能、有效提高燃油效率、大大降低廢氣排放等優點,而且通過蓄電池可以將制動能量回收,因此受到了世界汽車巨頭和國內外相關領域學者的廣泛關注和高度重視。相比于強度、中度混合動力汽車的高昂售價和市場局限性,采用皮帶驅動起動/發電一體機(BSG)的弱混合動力技術的節能汽車性價比高、市場推廣容易、節能減排效果優良,被業內人士認為是現階段汽車實現節能減排的最佳方案之一。
陳龍,教授,博導,江蘇大學副校長、黨委常委,中國汽車工程學會副理事長,中國智能電動汽車專業委員會副理事長,江蘇省汽車工程學會副理事長,江蘇省有突出貢獻的中青年專家,江蘇省“新能源汽車”優勢學科帶頭人,江蘇大學交通運輸工程一級博士點學科帶頭人,混合動力車輛技術國家地方聯合工程研究中心主任,江蘇省載運工具運用新技術重點實驗室主任。長期從事車輛動力學與控制、新能源汽車等方面的研究工作,先后主持并完成國家“863”項目、國家自然科學重點項目、交通部信息化技術重大項目等30余項,在國內外期刊發表論文200余篇,其中SCI和EI收錄100余篇,授權中國發明專利80余項,授權美國專利1項,獲部省級科技進步一等獎4項、二等獎9項。
孫曉東,1981年6月生,江蘇江陰人,工學博士,教授,博士生導師,江蘇省優青。主要從事新能源汽車驅動控制、新能源與新型高效電機理論及控制、磁懸浮(無軸承)技術等方面的研究工作。主持或完成國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金(優秀青年基金)等項目10余項。發表SCI和EI收錄論文90余篇,授權發明專利36項。成果獲2016年教育部技術發明二等獎(第1),2016年江蘇省科學技術三等獎(第1)等。2015年入選江蘇省“六大人才高峰”高層次人才培養對象、2017年獲首批“江蘇省青年科技人才托舉工程”培養對象、2013年遴選為江蘇大學“青年骨干學術帶頭人”培養對象,2014年獲第五屆“江蘇大學十佳青年教職工”稱號。
第1章 緒論
1.1 弱混合動力汽車BSG系統的概述及發展現狀
1.1.1 BSG系統的概述
1.1.2 BSG系統的國內外發展現狀
1.2 SRM簡介及研究現狀
1.2.1 SRM的工作原理
1.2.2 SRM的系統組成
1.2.3 容錯式SRM的研究現狀
1.3 本書的研究意義及研究內容
1.3.1 本書的研究意義
1.3.2 本書的研究內容
第2章 新型容錯式開關磁阻BSG基本理論和電磁參數優化
2.1 新型容錯式SRBSG電機的運行原理和基本理論
2.1.1 SRBSG電機的基本結構及運行原理
2.1.2 SRBSG電機的基本方程
2.1.3 SRBSG電機的數學模型
2.1.4 SRBSG電機的起動運行理論
2.1.5 SRBSG電機的發電運行理論
2.2 新型容錯式SRBSG電機的電磁設計
2.2.1 SRBSG電機的電磁設計目標及原則
2.2.2 SRBSG電機的電磁參數計算
2.2.3 SRBSG電機的有限元仿真與分析
2.3 新型容錯式SRBSG電機的參數優化分析
2.3.1 優化目標與優化參數的選擇
2.3.2 定轉子極弧系數的優化
2.3.3 定子內徑的優化
2.3.4 轉子塊徑向高度的優化
2.3.5 開通、關斷角的優化
2.4 新型容錯式SRBSG電機優化后靜態、瞬態仿真結果
2.4.1 優化前后參數對比
2.4.2 SRBSG電機優化后的靜態仿真結果
2.4.3 SRBSG電機優化后的瞬態仿真結果
第3章 新型容錯式開關磁阻BSG電機的性能分析
3.1 新型容錯式SRBSG電機起動發電有限元分析
3.1.1 SRBSG電機起動性能分析
3.1.2 SRBSG電機發電性能分析
3.2 新型容錯式SRBSG電機的互感分析及缺相故障下容錯運行研究
3.2.1 SRBSG電機互感分析
3.2.2 SRBSG電機缺相故障下容錯運行分析
3.3 相鄰繞組不同連接方式下的輸出轉矩及鐵損分析
3.3.1 不同繞組連接方式下的輸出轉矩分析
3.3.2 不同繞組連接方式下的鐵損分析
第4章 新型容錯式開關磁阻BSG電機的溫度場研究
4.1 熱分析基本理論
4.2 溫度場參數計算
4.2.1 熱源分布
4.2.2 導熱系數的求取
4.2.3 對流換熱系數的求取
4.3 溫度場的仿真分析
4.3.1 熱分析模型的建立和材料屬性的添加
4.3.2 網格剖分
4.3.3 熱載荷及邊界條件
4.3.4 溫度場仿真結果分析
4.4 溫度場的實驗研究
第5章 新型容錯式開關磁阻BSG電機的實驗研究
5.1 樣機制作裝配過程
5.1.1 樣機定轉子、軸的加工
5.1.2 樣機定子繞組下線
5.1.3 繞組極性分配與樣機裝配
5.1.4 霍爾位置傳感器的預定位
5.2 基于dSFACE(Micro-Autobox)控制器的硬件電路設計
5.2.1 控制器
5.2.2 功率主電路和驅動電路
5.2.3 位置信號調理電路
5.2.4 電流采樣電路
5.2.5 電流斬波和過流保護電路
5.2.6 光耦隔離與邏輯保護電路
5.3 樣機靜態、電動運行實驗
5.3.1 樣機靜態電感測量
5.3.2 樣機靜態轉矩測量
5.3.3 樣機負載電動運行實驗
參考文獻