混合动力车用混合励磁爪极皮带式起动发电机多领域仿真分析(英文)

传统爪极电机通过调节励磁电流控制气隙磁通,用以满足变负载运行时恒压向蓄电池供电,但由于漏磁大,导致输出能力小、效率低等缺点,满足不了目前混合动力汽车供电要求。该文设计了一种42 V供电系统混合动车用混合励磁爪极皮带式起动发电机(belt-starter-generator,BSG),通过在爪极间镶嵌磁钢来减小爪极间漏磁,提高电机功率密度和低速输出能力。采用磁路法和三维有限元法分析了BSG电机结构及其原理,基于机械、模态和热工多领域综合仿真分析方法解决高密度电机极限能力分析与优化设计。仿真分析得出样机在电动模式下,可以获得起动转矩起动引擎,在发电模式下,可以在宽速度变化范围内输出恒定的电压向蓄电池供电。实验数据和三维有限元计算结果与理论分析一致,样机具有漏磁低、输出能力大、输出特性硬等优点,该电机的设计在混合动力汽车中具有广泛的应用前景。     

电励磁双凸极电机电动和发电功率的比较

根据双凸极电机的机电能量转换过程,从磁能变换的角度分析了电励磁双凸极电机电动及发电时的工作原理。借助有限元仿真软件,针对同一台12/8极电励磁双凸极电机,分析了电枢反应对双凸极电机电动及发电功率的不同影响,比较了提前角度控制和不控全桥整流发电方式下电机的功率密度,给出了不同励磁电流下电机电动及发电功率特性曲线。对原理样机进行了试验,验证了仿真分析的准确性。分析结果表明:电励磁双凸极电机电动和发电最大功率点随励磁电流的增加不断增大,而相同转速、励磁电流条件下,双凸极电机电动功率大于发电功率。     

一种新型双凸极起动发电系统电压调节器设计

对新颖的无刷电机-电励磁双凸极电机起动发电系统进行了研究,用它取代有刷直流起动发电系统有重要意义。讨论了双凸极起动发电系统的构成及原理,并为所研制的QFW-18样机设计出一种简便可靠、控制灵活的电压调节器。实验结果表明,调压器实现了良好的调压、保护性能,而且在电机电动状态运行时可有效地控制电机的励磁,使其获得更好的起动性能。     

BSG微混系统电机控制策略的研究

针对BSG微混动力汽车系统的要求,采用混合励磁爪极同步电机作为系统电机。结合起动-发电一体化工作模式,介绍了基于空间电压矢量控制的控制策略。起动部分的控制策略为电动运行策略,根据运行工况分别进行增磁和弱磁控制,在增磁控制策略下,励磁电流作用为增磁以提高转矩;弱磁控制策略下,采用励磁电流和直轴电流协调控制以抵消永磁体磁场,提高转速。发电策略采用电压电流双闭环的控制策略,励磁电流作用为调节磁场来满足可控整流的要求,从而实现母线电压稳定。根据电机的数学模型对控制策略进行了仿真分析和样机测试,仿真和实验结果表明:在起动状态下,该控制策略具有在增磁区大转矩、在弱磁区宽调速范围的特性;在发电状态下,该控制策略可以使母线电压在宽转速范围内维持稳定,具有优良的调磁调压能力。     

新型永磁外转子爪极电机的特性仿真

为了研究具有特殊结构的新型外转子爪极电机的运行特性,在对电机的结构、材料、特点以及运行机理进行分析的基础上,利用有限元分析软件,建立了对电机进行三维电磁场分析的仿真模型。采用场路耦合分析方法,通过ANSYS和CASPOC系统仿真软件的耦合计算,得到了在发电和电动两种状态下的系统仿真特性。仿真结果表明,该种电机具有功率密度和转矩密度大的特点,在发电和电动状态都表现出良好的运行特性。     

双定子永磁起动发电机的设计及电动/发电状态分析

针对混合动力汽车起动发电机需高起动转矩、高过载倍数及宽恒压发电范围的特点,提出采取双定子结构代替原单定子结构,设计了一台双定子永磁起动发电机。仿真分析电机的电动运行和发电运行两种工作状态,对电机设计方案的可行性进行验证。将双定子起动发电机与单定子起动发电机进行对比,结果表明该方案可使相同电流密度下电机驱动能力增强,转子内部空间利用率提升,电机的过载能力也提高了2倍。     

双凸极起动/发电机系统一体化设计与实现

起动/发电技术是当今航空电气技术发展的重要方向,基于DSP控制的电励磁双凸极起动/发电机系统具有良好的应用前景。分析了电机结构与起动/发电一体化工作原理。为了使系统的体积、重量减少,使控制电路简化,该文对主功率变换器、励磁功率电路和硬软件控制电路进行了一体化设计,并以DSP芯片为基础,实现了起动、起动/发电切换与发电工作的全数字控制。实验验证了起动/发电一体化设计方案的可行性,表明电励磁双凸极起动/发电机系统能可靠起动,起动/发电切换控制简单,发电电压稳定且可实现故障发电。     

采用异步电机的42V汽车起动-发电机系统的建模与仿真

未来汽车需要高效的起动-发电机系统,以提高燃油的经济性能。介绍了基于异步电机的42V汽车起动-发电机系统的建模,重点论述异步电机、变流器和控制器模型。基于这些模型很容易搭建异步起动-发电机系统的仿真模型。电动和发电运行仿真结果证明了该系统模型的有效性,为实际起动-发电机系统的设计和调试提供了技术依据。     

采用异步电机的42V汽车起动-发电机系统的建模与仿真

未来汽车需要高效的起动-发电机系统,以提高燃油的经济性能。介绍了基于异步电机的42V汽车起动-发电机系统的建模,重点论述异步电机、变流器和控制器模型。基于这些模型很容易搭建异步起动-发电机系统的仿真模型。电动和发电运行仿真结果证明了该系统模型的有效性,为实际起动-发电机系统的设计和调试提供了技术依据。     

新型混合励磁无刷爪极发电机的磁场调节特性分析及试验研究

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难等问题,提出一种新型的混合励磁无刷爪极发电机。介绍该电机的结构特点和磁场调节原理,采用三维有限元法对电机的空载磁场分布及磁场调节能力进行了分析,设计并制造了试验样机。样机试验结果验证了有限元分析的正确性,并表明在结构参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,新型混合励磁无刷爪极发电机具有气隙磁通密度高、功率密度高、低速输出性能好、励磁损耗低等特点。     

新型混合励磁无刷爪极发电机磁场调节特性的有限元分析

针对电励磁爪极发电机效率低、永磁爪极发电机磁场调节困难的问题,提出一种新型结构的混合励磁无刷爪极发电机,该电机由永磁体与励磁绕组共同作用产生电机磁场,通过改变励磁电流的大小和方向,可以实现电机磁场的调节,同时励磁绕组静止,取消了电刷-滑环结构,实现了无刷化,提高了发电机工作的可靠性。由于电机结构及磁路的复杂性,采用三维有限元法对电机的空载磁场分布及磁场调节能力进行了分析,分析结果表明:在结构参数相同的情况下,与电励磁爪极发电机相比,新型混合励磁无刷爪极发电机具有气隙磁通密度高、磁场调节范围宽和低速输出性能好的特点。     

串联磁路混合励磁爪极同步发电机的结构设计

针对电励磁爪极电机效率低、永磁爪极电机磁场调节困难的问题,探讨一种新型串联磁路混合励磁爪极同步发电机,分析其结构及其工作原理,利用磁路计算方法和三维有限元的分析对电机进行了仿真,确定了合理的磁钢厚度和合适的极对数。     

基于Ansoft的爪极发电机漏磁分析与优化设计

针对爪极发电机漏磁大,影响电机效率问题,利用Ansoft软件的Rxmprt和Maxwell 3D模块,建立了一台爪极发电机的三维有限元瞬态仿真模型.通过在三维模型中添加漏磁分析辅助面的方法,分析了电机漏磁分布的规律.在空载、恒定励磁条件下,分析了气隙大小对电机漏磁影响.探究了一种新型的混合励磁爪极同步发电机的漏磁分布情况,并与电励磁爪极电机的漏磁系数进行了对比分析,验证了混合励磁爪极电机在漏磁和效率上的优越性.     

基于三维有限元的混合励磁爪极电机仿真研究

针对现阶段传统爪极电机损耗较高、弱磁控制困难等问题,根据爪极电机的相关结构,研究一种新型混合励磁爪极电机的结构特点及励磁原理。利用有限元法,构建新型混合励磁爪极电机的三维模型,使用Ansoft软件对电机的磁场性能进行仿真分析。分析比较了新型电机与传统电机在不同励磁电流下的电枢电流特性,永磁体厚度对电机电枢电流的影响。结果表明,新型电机在低励磁电流和永磁体厚度为气隙的5倍时,有更好的电枢电流和磁场特性。     

信息动态

我国新型环式汽车起动/发电机达到国际先进水平我国自行研制的新型环式汽车起动/发电机近日通过了有关部门组织的验收,标志着我国混合动力汽车电动/发电集成一体化电机技术达到世界领先水平。新型环式起动/发电机有效利用现有空间,不需要对汽车发动机作较大改动;大大简化了传统电机结构,降低了成本结构简单,取消了传统电机近80%的零件,重量只有传统柱式电机的40%,而功率大大高于传统电机;采用了混合动力单项飞轮技术,在混合动力基础上可实现纯电动或混联式混合动力驱动。     

多电发动机内装式高速起动发电机研究与实践

多电发动机是多电飞机的核心,内装式高速起动发电机是多电发动机的关键性支撑技术。该文论述多电发动机基本概念,结合内装式高速起动发电机集成位置和运行环境特点,系统总结了多电发动机高速起动发电机系统发展现状,并提出内装式高速双凸极起动发电技术;分析铁心材料对电机运行性能的影响规律,研究转子应力分布和并列结构转子动力学特性,结合关键参数敏感度分析,提出基于铁心材料特性与转子稳定性约束的高速双凸极起动发电机优化设计方法;研制高速油冷双凸极起动发电机原理样机,完成起动与发电实验验证。电励磁双凸极电机兼具结构坚固可靠和发电控制简单的优势,在多电发动机内装式起动发电系统中具有重要的应用价值。     

双凸极直流起动发电系统模拟调压器设计

电励磁双凸极电机(DSEM)是一种新型的无刷直流电机。它结构简单、可靠性高,在电动运行时起、制动性能好,功率密度大;在发电运行时只需简单的整流电路就能输出直流电。用它来取代有刷直流电机以实现飞机起动/发电机的增容和无刷化具有重大意义。本文介绍了双凸极起动/发电系统QFW-18的构成和基本原理,并且设计和详细介绍了一套基于PWM控制的模拟调压器。实验结果表明,调压器在不同负载下都能稳定可靠地工作,具有良好的调压和保护性能。     

混合励磁无刷爪极电机磁场三维有限元分析

提出了一种新结构混合励磁无刷爪极电机。电机的磁场由爪极极面上永磁片、爪极极间永磁片和无刷爪极转子上的电励磁绕组三部分共同建立。采用三维有限元方法对所提出的一台六对极新结构混合励磁无刷爪极电机样机的空载磁场进行了分析,给出了三维有限元分析模型,计算了不同励磁电流时的电机气隙以及铁心中的磁场分布,给出了不同电励磁电流时气隙和转子的磁场分布图。由此证明了通过电励磁电流的调节可方便地改变电机气隙磁密。     

一种两级式起动/发电电源系统的起动方式研究

多电飞机、全电飞机的快速发展以及机载用电设备的不断增加,对电源系统提出了更高的要求。在传统的三级式同步电机的基础上提出的两级式混合励磁同步电机,在实现无刷化励磁的同时,兼顾了永磁电机的高功率密度和电励磁电机磁场可调的优点,在机载电源系统中应用前景广阔。基于一台用于两级式起动/发电电源系统的切向/径向磁路并联结构混合励磁同步电机,针对在转子静止时采用直流励磁方式主发电机无法获得励磁电流的问题,经过理论推导和实际测试总结出一种起动励磁控制策略,结合空间矢量算法,有效提高了起动过程的响应速度和带载能力,分别通过仿真和实验证明了该方案的正确性和可行性。     

四相电励磁双凸极发电机转子极加宽对外特性的影响

转子极宽对基于磁阻原理工作的电励磁双凸极发电机输出特性有重要影响。文中详细介绍了四相电励磁双凸极电机的结构特点及其运行原理,采用二维有限元方法分析了四相电励磁双凸极电机的电磁特性并对比研究了不同转子极弧系数对整个电机的发电输出特性的影响。有限元分析表明转子极弧系数在1/3时发电机的带载能力更强,短路电流更大。最后,设计制造了一台转子极弧系数为1/3的四相电励磁双凸极电机,发电实验数据与仿真数据相吻合,从而验证了理论分析和有限元分析方法的正确性。分析结果表明,将转子极弧系数由1/4增加到1/3可以有效改善发电机的性能,提高电机的带载能力。