Σχεδιασμός Και Κατασκευή Κινητήρων Μονίμων Μαγνητών Για Ηλεκτρικά Οχήματα

Abstract

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνώνται οι μεθοδολογίες σχεδίασης και κατασκευής ηλεκτρικών Συγχρόνων Μηχανών Μονίμων Μαγνητών, κατάλληλων για συστήματα ηλεκτρικής κίνησης οχημάτων. Γίνεται ενδελεχής μελέτη της βελτιστοποίησης της γεωμετρίας των ηλεκτρικών κινητήρων ώστε να αναδειχθούν τα προβλήματα και οι ιδιαιτερότητες που έχουν οι μηχανές που προορίζονται για εφαρμογές μεταβλητής ταχύτητας. Η διατριβή έχει ως στόχο τη διερεύνηση των σχεδιαστικών μεθοδολογιών, οι οποίες επιτρέπουν τον προσδιορισμό βέλτιστων διαμορφώσεων μηχανών μονίμων μαγνητών, όταν οδηγούνται υπό συγκεκριμένες στρατηγικές ελέγχου. Κατά τη διερεύνηση των προβλημάτων, αναλύονται και απομονώνονται τα επιμέρους είδη απωλειών και υπολογίζεται η συνεισφορά κάθε είδους, μέσω καταλλήλων προσομοιώσεων και πειραμάτων. Προτείνονται σχεδιαστικές διαμορφώσεις στις υφιστάμενες τεχνολογίες προκειμένου να μειωθούν οι απώλειες, να αυξηθεί η πυκνότητα ισχύος, να επεκταθεί το εύρος ταχυτήτων και να μειωθεί το κόστος και η κατασκευαστική δυσκολία. Εξετάζονται λεπτομερώς και συγκρίνονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα που προκύπτουν από τη χρήση μίας σχέσης μετάδοσης ή από την απευθείας ζεύξη ηλεκτρικών μηχανών στους τροχούς των οχημάτων, σε σύγκριση με τη χρήση κιβωτίου ταχυτήτων και αναλύεται η στρατηγική ελέγχουν σταθερής ροπής - σταθερής ισχύος. Αναφορικά με αυτή τη στρατηγική ελέγχου, διερευνάται η καταλληλότητα μηχανών επιφανειακών και εσωτερικών μαγνητών υπό συνθήκες υπερφόρτισης ροπής (over torque) και εξασθένισης πεδίου (field weakening) και σχεδιάζονται γεωμετρίες που επιτυγχάνουν κατάλληλο συμβιβασμό μεταξύ αμοιβαίως αντιμαχόμενων κριτηρίων με τον βέλτιστο δυνατό τρόπο. Διερευνώνται οι δυνατότητες των τυλιγμάτων κλασματικής αύλακας σε μηχανές μονίμων μαγνητών (ΜΜΜ) για εφαρμογές μεγάλης πυκνότητας ισχύος, ενώ ταυτόχρονα αναδεικνύονται τα λειτουργικά και κατασκευαστικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τις ΣΜΜΜ τυλιγμάτων πλήρους βήματος παρόμοιων προδιαγραφών. Τα προσομοιωμένα χαρακτηριστικά και οι προτεινόμενες διαμορφώσεις επιβεβαιώνονται πειραματικά με την κατασκευή δοκιμίων για τις βέλτιστες γεωμετρίες.