18/24结构电动自行车开关磁阻驱动电机的研究

摘要

随着人们生活水平的日益提高，现代生活节奏的不断加快以及城市半径的逐步扩大，自行车不再能满足人们的需求，需要一种更加便捷省力的骑行工具。这种骑行工具必须满足清洁、智能、环保的要求。电动自行车应运而生，它能提高空气的质量，降低对能源（矿物，石油等）的依赖，并且能提高能源的使用效率。
　　为了满足客户对电动自行车性能要求，作为电动自行车心脏的驱动电机必须要有如下的特点：效率高、起动转矩大、转速高、调速范围较宽、体积小和重量轻。而开关磁阻电机恰好基本满足上述几大特点，因此本文将开关磁阻电机用作电动自行车驱动电机是一种值得尝试的方案。
　　研制的样机为额定功率350W、额定转速400rpm的开关磁阻电机，本文主要针对本体结构、控制器和主功率电路进行了广泛而深入的研究，为外转子轮毂开关磁阻电机作为电动自行车的驱动电机奠定了基础。
　　首先，本文采用了三相18/24和36/24两种开关磁阻电机结构，通过Ansoft有限元仿真软件，对额定工作点效率、起动转矩、全程效率曲线和过载能力等性能指标进行了对比，以此为依据，选择更加适合要求的电机结构方案。其次，针对本系统特殊的应用的场合，最终选取了三相不对称半桥作为主电路拓扑，分别建立了MATLAB和Ansoft有限元电机模型，比较了相电流和电机出力效果，为后续的电流斩波控制以及角度控制奠定了基础。本文采用了适合电动自行车系统的全程电压PWM调压调速策略。最后，选取了数字芯片dsPIC30f3011和逻辑门芯片作为系统软硬件平台的控制核心，同时对驱动电机进行了空载实验和带载实验，实验结果说明了本文提出的18/24结构的开关磁阻电机驱动系统具有良好的调速性能，运行安全可靠，开关磁阻电机作为电动自行车的驱动电机是可行的。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2开关磁阻电机的发展状况以及研究方向

1.3电动自行车驱动系统的发展状况

1.4本文主要内容

第二章 开关磁阻电机的基本理论

2.1概述

2.2 SRM系统构成

2.3 SRM工作原理

2.4 SRM的电磁转矩

2.5 SRM的数学模型

2.6 SRM的运行特性

2.7 SRM控制策略研究

2.8小结

第三章 开关磁阻电机方案设计及优化

3.1概述

3.2电机的选取方案

3.3基于Ansoft和MATLAB的开关磁阻电机模型

3.4电机结构的优化选取

3.5 18/24结构电机的开通关断角的优化

3.6小结

第四章 SRM系统的软硬件开发

4.1 SRM电动自行系统的硬件设计

4.2 SRM驱动电动自行车系统的软件设计

4.3小结

第五章 实验结果和分析

5.1概述

5.2样机驱动系统及实验测试系统

5.3电机电动性能测试及分析

5.4小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2进一步研究工作的展望

参考文献

致谢

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