Original title: Motor-generátor s axiálním tokem pro hybridní autobus
Translated title: Traction axial flux motor-generator for hybrid electric bus application
Authors: Odvářka, Erik ; Dědková, Jarmila (referee) ; Pivoňka, Pavel (referee) ; Ondrůšek, Čestmír (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2010
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [eng] [cze]
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.
Keywords: elektromagnetický návrh; Hybridní elektrický pohon; měření; návrh řízení; Původní návrh motor-generátoru s axiálním tokem a buzením permanentními magnety; tepelný návrh; účinnost; Controls Design; Efficiency; Electromagnetic Design; Hybrid Electric Drive; Novel Axial-Flux Permanent Magnet Generator; Testing; Thermal Design

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/4868

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-233508


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses