混合動力車用無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的研究.pdf

1、復(fù)合結(jié)構(gòu)電機是兩臺電機的高度集成,這種電機作為一種新興的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的核心部件,能夠分配內(nèi)燃機和蓄電池的能量流動,達到提高車輛燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放的目的。目前國際上對有刷復(fù)合結(jié)構(gòu)電機的研究已趨于成熟,已有的研究工作證明了該方案的可行性和先進性,但也表明該方案存在內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組嚴(yán)重發(fā)熱和需要電刷滑環(huán)饋電的問題。本文提出一種新型無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(Brushless Claw Pole Double Rotor Machine,BCD

2、RM),該電機可以與不同結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電機相配合,構(gòu)成無刷復(fù)合結(jié)構(gòu)電機方案。該方案既可以實現(xiàn)內(nèi)燃機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速獨立控制,又能解決當(dāng)前困擾業(yè)內(nèi)的繞組發(fā)熱和需要電刷滑環(huán)饋電的問題。本文所做的工作主要包括以下幾個部分:
　　首先,分析了無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的主磁通和漏磁通的分布,根據(jù)無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的磁路特點,建立了該電機的等效磁路模型;并以電機的等效磁路模型為基礎(chǔ),推導(dǎo)出了模型中各部分磁阻以及磁路不飽和情況下電磁轉(zhuǎn)矩和電抗的解析表達式。

3、>　　其次,采用三維有限元分析方法計算了電機的磁通密度分布、空載反電動勢、空載漏磁系數(shù)及電抗等參數(shù);針對無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機漏磁豐富且路徑復(fù)雜問題,對該種電機漏磁通進行了分析計算,修正了磁路模型中磁阻解析公式中近似處理帶來的誤差。另外,為了簡化三維場計算復(fù)雜性和節(jié)省計算時間,研究了適用于工程應(yīng)用的簡化二維有限元模型,并研制了一套完善的電機實用設(shè)計流程,為該種電機的設(shè)計提供了快捷有效的方法。
　　再次,推導(dǎo)了無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)矩密

4、度和齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達式,得出其轉(zhuǎn)矩密度和齒槽轉(zhuǎn)矩與電機主要設(shè)計參數(shù)之間的聯(lián)系,進而用三維有限元法對電機轉(zhuǎn)矩性能進行優(yōu)化,得到了電機永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、極對數(shù)、氣隙長度、主要尺寸比以及爪極結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計。
　　之后,針對無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機漏磁通豐富所導(dǎo)致的功率因數(shù)偏低的缺點,研究了永磁體、繞組匝數(shù)、電流幅值和相角等參數(shù)對功率因數(shù)的影響趨勢,給出了提高功率因數(shù)的途徑。另外,探討了硅鋼片、軟磁復(fù)合材料和實心鐵作為爪極鐵心時的鐵心損耗,并且據(jù)

5、此最終確定選用硅鋼片材料制作爪極轉(zhuǎn)子;對經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的各種損耗進行了計算,總結(jié)出各種損耗的比例關(guān)系并對該電機的效率進行了評價。
　　最后,研制了一臺無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的樣機,并對樣機進行了實驗測試和功能性驗證。通過對比空載反電動勢、齒槽轉(zhuǎn)矩和電抗等參數(shù)的測試結(jié)果與計算結(jié)果,驗證了理論分析的正確性和可行性。另外,在實驗平臺上對電機在混合動力車中的各種工作模式進行了實驗?zāi)M,測試結(jié)果驗證了無刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)速調(diào)