One of the benefits of electric vehicles (EVs) and hybrid vehicles (HVs) is their potential to recuperate braking energy. Regenerative braking (RB) will minimize duty levels on the brakes, giving advantages including extended brake rotor and friction material life and, more significantly, reduced brake mass and minimised brake pad wear. In this thesis, a mathematical analysis (MATLAB) has been used to analyse the accessibility of regenerative braking energy during a single-stop braking event. The results have indicated that a friction brake could be downsized while maintaining the same functional requirements of the vehicle braking in the standard brakes, including thermomechanical performance (heat transfer coefficient estimation, temperature distribution, cooling and stress deformation). This would allow lighter brakes to be designed and fitted with confidence in a normal passenger car alongside a hybrid electric drive. An approach has been established and a lightweight brake disc design analysed FEA and experimentally verified is presented in this research. Thermal performance was a key factor which was studied using the 3D model in FEA simulations. Ultimately, a design approach for lightweight brake discs suitable for use in any car-sized hybrid vehicle has been developed and tested. The results from experiments on a prototype lightweight brake disc were shown to illustrate the effects of RBS/friction combination in terms of weight reduction. The design requirement, including reducing the thickness, would affect the temperature distribution and increase stress at the critical area. Based on the relationship obtained between rotor weight, thickness and each performance requirement, criteria have been established for designing lightweight brake discs in a vehicle with regenerative braking.

One of the benefits of electric vehicles (EVs) and hybrid vehicles (HVs) is their potential to recuperate braking energy. Regenerative braking (RB) will minimize duty levels on the brakes, giving advantages including extended brake rotor and friction material life and, more significantly, reduced brake mass and minimised brake pad wear. In this thesis, a mathematical analysis (MATLAB) has been used to analyse the accessibility of regenerative braking energy during a single-stop braking event. The results have indicated that a friction brake could be downsized while maintaining the same functional requirements of the vehicle braking in the standard brakes, including thermomechanical performance (heat transfer coefficient estimation, temperature distribution, cooling and stress deformation). This would allow lighter brakes to be designed and fitted with confidence in a normal passenger car alongside a hybrid electric drive. An approach has been established and a lightweight brake disc design analysed FEA and experimentally verified is presented in this research. Thermal performance was a key factor which was studied using the 3D model in FEA simulations. Ultimately, a design approach for lightweight brake discs suitable for use in any car-sized hybrid vehicle has been developed and tested. The results from experiments on a prototype lightweight brake disc were shown to illustrate the effects of RBS/friction combination in terms of weight reduction. The design requirement, including reducing the thickness, would affect the temperature distribution and increase stress at the critical area. Based on the relationship obtained between rotor weight, thickness and each performance requirement, criteria have been established for designing lightweight brake discs in a vehicle with regenerative braking. / Ministry of Higher Education of Malaysia

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.