文档介绍：分类号学号 D200877207

学校代码 10487 密级

博士学位论文

直驱式电动汽车用新型横向磁通永磁电机
控制应用研究

学位申请人:涂小涛
学科专业:电机与电器
指导教师:辜承林教授
答辩日期:2012 年 5 月 19 日
A Dissertation Submitted in Fulfillment of the Requirements for the
Degree of Doctor of Philosophy in Engineering

Applied Research on Control of Novel Transverse Flux
Permanent Motor for Direct-drive Electric Vehicle

Candidate: Tu Xiaotao
Major: Electrical Machinery and Apparatus
Supervisor: Prof. Gu Chenglin

Huazhong University of Science & Technology,
Wuhan 430074,
May, 2012
独创性声明
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及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不
包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做
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日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:

日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学博士学位论文
摘要
传统汽车日益严重的燃油消耗和尾气排放不断加剧着能源危机和环境污染,也间
接促进了电动汽车的快速发展。横向磁通永磁电机(Transverse Flux Permanent
Motor,TFPMM) 具有低速性能好、转矩密度高的突出特点,是电动汽车直驱式轮毂
电机的优选实施方案之一。为此,本文以课题组研制的拟应用于直驱式电动汽车的一
种新型 TFPMM 为控制对象,针对不同层面的应用需求,探讨有效的驱动控制方案,
以为实际应用提供有重要指导价值的理论依据和技术支撑。
首先,简要介绍新型 TFPMM 的基本结构、运行原理和电磁参数。在此基础上,
分别建立永磁同步和无刷直流两种驱动模式下的数学分析模型,为后续驱动控制方案
的研究奠定基础。
接下来,从系统的开环控制入手,结合实际应用需要,对新型 TFPMM 的永磁同
步和无刷直流两种驱动模式进行综合对比研究。结果表明,无刷直流驱动模式更适合
于新型 TFPMM,但需要采用提前换相方式削弱电枢反应影响、改善换相过程,使电
机运行性能进一步提高。采用后轮双驱形式的现场装车试验证实了该结论的正确性和
应用的可行性。
更进一步地,针对 120°导通方式的开环无刷直流驱动模式,以最大转矩电流比为
控制目标,提出了基于提前换相的有位置传感器控制新方案。根据直流母线电流和电
机转速在线计算确定提前换相角,实现了变负载运行的自补偿提前换相控制,获得了
满意的效果,电机运行效率和过载能力显著提升。此外,鉴于电动汽车高可靠性对无
位置传感器控制技术的实际需要,深入分析了相电压检测法在新型 TFPMM 中产生附
加误差的机理,由此提出改进的补偿方案,并由仿真结果和实验结果证实该方案的有
效性和实用性。
新型 TFPMM 开环运行时,不可避免存在转矩脉动,但可以通过直接转矩控制加
以改善。兼顾高转矩电流比和低转矩脉动,本文提出了基于提前换相的有位置传感器
直接转矩控制新方案。根据转子位置和转矩滞环比较器选择电压矢量,规避了传统直
I
华中科技大学博士学位论文
接转矩控制中的定子磁链给