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《浙江大学》 2010年
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内嵌式转子无刷直流电机驱动系统在汽车电动空调中的应用研究

韩则胤  
【摘要】: 在车载电动空调系统中,压缩机驱动系统通常使用电动机提供动力。永磁无刷直流电机(Permanent Magnet Brushless DC Motor)以其小体积、高功率密度、结构简单等特点,适合于车载工作环境。本文研究了一种永磁无刷直流电机驱动系统,用于车载空调压缩机的驱动。 无刷直流电机的控制中,检测转子位置是一个至关重要的问题。在压缩机驱动系统中,电机与压缩机往往会密封在同一个空间里,工作环境恶劣,位置传感器等的使用受到很大限制。本文研究了一种基于反电势过零检测的无位置传感器控制方法,检测转子位置。与传统反电势过零检测方法相比,本文所使用的检测方法无需引出电机中性线,也不需要通过复杂的电路拟合电机反电势,电路结构简单,可靠性提高。 对于反电势过零检测中,可能出现的过零点检测失误的问题,本文研究了一种过零点位置的修正方法,对每一个过零点的准确性进行评估。对于过零点位置检测错误和丢失等问题,采取错误甄别和丢失位置补偿的修正方法,提高系统运行的稳定性。 通过对车载空调系统运行特点的研究,对于车载系统中一般使用的12V、24V等供电电源,设计了相应的低电压大电流无刷直流电机驱动器。对于电动汽车等应用领域高电压等级的要求,在低压驱动器基础上又进行了144V、288V等高电压等级驱动器的设计。对于这两类驱动器硬件电路,本文进行了比较研究,并对其稳定性和可靠性进行了实验验证。实验结果表明,本文所设计的驱动器能够很好的满足车用空调系统的控制要求,驱动器结构紧凑、工作可靠。 针对无刷直流电机在空调系统应用中的高转速化和大功率化要求,电机本体的优化设计将成为整个系统设计的一个重要组成部分。基于此,本文研究了电磁和结构两方面的优化设计。电磁方面集中研究了隔磁桥等转子关键部分对电磁设计的影响。由于这些部分对转子的机械强度也有很大的影响,所以在结构优化中对这些方面也进行了研究。 本文首先使用有限元分析软件建立电机的电磁模型,对“一”型、“V”型和“U”型三种磁钢结构的IPM电机进行电磁性能分析,同时计算转子冲片和磁钢受到的电磁力。然后,分别建立了三种电机的结构模型,并将电磁力导入,对转子进行结构分析。 本文对比了几种磁钢结构的转子模型分析结果。隔磁桥、极靴等对电磁和结构性能的影响都比较严重,本文进行了对比研究。对于转子的优化设计,本文也进行了讨论。最后,对“一”型磁钢结构电机进行了实验分析。仿真和实验分析表明,考虑电磁力的影响时,隔磁桥上的应力会有一定程度的减低。相比“一”型磁钢结构,“U”型和“V”型磁钢结构不仅能够增加电机的磁通量,也能使电机承受更大的转速,但是生产成本会更高。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM33;U463.851

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