Motor-generátor s axiálním tokem pro hybridní autobus
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato dizertační práce se zabývá návrhem původního motor-generátoru s axiálním tokem a buzením permanetními magnety, zkonstruovaným specificky pro hybridní elektrický autobus. Návrhové zadání pro tento stroj přineslo požadavky, které vedly k této unikátní topologii tak, aby byl dosažen výkon, účinnost a rozměry stroje. Tato partikulární topologie motor-generátoru s axiálním tokem je výsledkem literární rešerše, kterou následoval výběr koncepce stroje s představeným návrhem jako výsledkem těchto procesů. Přístup k návrhu stroje s axiálním tokem sledoval „multi-fyzikální“ koncepci, která pracuje s návrhem elektromagnetickým, tepelným, mechanickým, včetně návrhu řízení, v jedné iteraci. Tím je v konečném návrhu zajištěna rovnováha mezi těmito inženýrskými disciplínami. Pro samotný návrh stroje byla vyvinuta sada výpočtových a analytických nástrojů, které byly podloženy metodou konečných prvků tak, aby samotný návrh stroje byl přesnější a spolehlivější. Modelování somtného elektrického stroje a celého pohonu poskytlo představu o výkonnosti a účinnosti celého subsytému v rozmanitých operačních podmínkách. Rovněž poukázal na optimizační potenciál pro návrh řízení subsystému ve smyslu maximalizace účinnosti celého pohonu. Bylo postaveno několik prototypů tohoto stroje, které prošly intensivním testováním jak na úrovni sybsytému, tak systému. Samotné výsledky testů jsou diskutovány a porovnány s analytickými výpočty parametrů stroje. Poznatky získané z prvního prototypu stroje pak sloužily k představení možností, jak zjednodušit výrobu a montáž stroje v příští generaci. Tato práce zaznamenává jednotlivé kroky během všech fází vývoje elektrického stroje s axiálním tokem, počínaje výběrem konceptu stroje, konče sumarizací zkušeností získaných z první generace prototypu tohoto stroje.
This thesis deals with a design of a novel Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator for a hybrid electric bus application. Thus, the design specification represents a set of requirements, which leads toward a concept of a unique topology meeting performance, efficiency and dimensional targets. The particular topology of the Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator discussed in this work is an outcome of deep literature survey, followed by the concept selection stage with the layout of the machine as an outcome of this processes. The design approach behind this so-called Spoke Axial-Flux Machine follows an idea of multiphysics iterations, including electromagnetic, thermal, mechanical and controls design. Such a process behind the eventually proposed design ensured a right balance in between all of these engineering disciplines. A set of bespoke design and analysis tools was developed for that reason, and was backed up by extensive use of Finite-Element Analysis and Computational Fluid Dynamics. Therefore, the actual machine design gained higher level of confidence and fidelity. Modelling of the machine and its drive provided understanding of performance and efficiency of the whole subsystem at various operational conditions. Moreover, it has illustrated an optimization potential for the controls design, so that efficiency of the machine and power electronics might be maximized. Several prototypes of this machine have been built and passed through extensive testing both on the subsystem and system level. Actual test results are discussed, and compared to analytical predictions in terms of the machine's parameters. As a lesson learned from the first prototype of this machine, a set of redesign proposals aiming for simplification of manufacturing and assembly processes, are introduced. This work records steps behind all phases of development of the Axial Flux Machine from a basic idea as an outcome of concept selection stage, up to testing and wrap-up of experience gained from the first generation of the machine.
This thesis deals with a design of a novel Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator for a hybrid electric bus application. Thus, the design specification represents a set of requirements, which leads toward a concept of a unique topology meeting performance, efficiency and dimensional targets. The particular topology of the Axial-Flux Permanent Magnet Motor-Generator discussed in this work is an outcome of deep literature survey, followed by the concept selection stage with the layout of the machine as an outcome of this processes. The design approach behind this so-called Spoke Axial-Flux Machine follows an idea of multiphysics iterations, including electromagnetic, thermal, mechanical and controls design. Such a process behind the eventually proposed design ensured a right balance in between all of these engineering disciplines. A set of bespoke design and analysis tools was developed for that reason, and was backed up by extensive use of Finite-Element Analysis and Computational Fluid Dynamics. Therefore, the actual machine design gained higher level of confidence and fidelity. Modelling of the machine and its drive provided understanding of performance and efficiency of the whole subsystem at various operational conditions. Moreover, it has illustrated an optimization potential for the controls design, so that efficiency of the machine and power electronics might be maximized. Several prototypes of this machine have been built and passed through extensive testing both on the subsystem and system level. Actual test results are discussed, and compared to analytical predictions in terms of the machine's parameters. As a lesson learned from the first prototype of this machine, a set of redesign proposals aiming for simplification of manufacturing and assembly processes, are introduced. This work records steps behind all phases of development of the Axial Flux Machine from a basic idea as an outcome of concept selection stage, up to testing and wrap-up of experience gained from the first generation of the machine.
Description
Keywords
Hybridní elektrický pohon, Původní návrh motor-generátoru s axiálním tokem a buzením permanentními magnety, elektromagnetický návrh, tepelný návrh, návrh řízení, účinnost, měření, Hybrid Electric Drive, Novel Axial-Flux Permanent Magnet Generator, Electromagnetic Design, Thermal Design, Controls Design, Efficiency, Testing
Citation
ODVÁŘKA, E. Motor-generátor s axiálním tokem pro hybridní autobus [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2010.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika
Comittee
doc. Dr. Ing. Miroslav Patočka (předseda)
prof. Ing. Jiří Skalický, CSc. (člen)
doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. (člen)
prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Drápela, Ph.D. (člen)
Ing. Hynek Přikryl, CSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Brandštetter, CSc. (člen)
Ing. Petr Modlitba, CSc. (člen)
Prof. Ing. Jarmila Dědková, CSc. - oponent (člen)
Doc. Ing. Pavel Pivoňka, CSc. - oponent (člen)
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (člen)
doc. Ing. Josef Koláčný, CSc. (člen)
Date of acceptance
2010-11-26
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení