混合動力汽車用橫向磁通雙轉子電機的研究.pdf

1、為了提高汽車的燃油經濟性，并降低尾氣污染，混合動力汽車得到了廣泛的研究。其中，動力分配裝置負責調節(jié)蓄電池和內燃機的輸出功率，并高效適應各種復雜工況，因此成為混合動力汽車研究的重要方向之一。采用復合結構電機，能夠在混合動力汽車中實現動力分配，并且具有結構緊湊和易于控制等優(yōu)點。當前，有刷復合結構電機已得到較為廣泛和深入的研究，其優(yōu)勢和可行性均得到驗證；然而研究也表明，電刷滑環(huán)機構會導致系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的下降。本文提出了一種新型橫向磁通雙轉

2、子電機，可與另外一臺普通永磁同步電機相配合，構成無刷復合結構橫向磁通永磁同步電機。該方案可對內燃機輸出轉速和轉矩進行控制，并且能夠實現無刷化。本文主要針對橫向磁通雙轉子電機的結構、原理和特性等進行了研究，具體工作包括以下幾個部分：
　　首先，提出了橫向磁通雙轉子電機的結構方案，分析了其工作原理，并且建立了電機的等效磁路模型。分析了橫向磁通雙轉子電機的轉速調節(jié)和轉矩傳遞功能；給出了橫向磁通雙轉子電機的磁鏈電壓方程、轉矩方程和機械運動

3、平衡方程。結合混合動力汽車可能面對的多種路況條件，對橫向磁通雙轉子電機的工作模式進行了研究；并且討論了橫向磁通雙轉子電機的轉速和轉矩應該滿足的設計條件。對橫向磁通雙轉子電機的復雜三維磁通路徑進行了分析，具體研究了電機的主磁通和漏磁通的分布。根據橫向磁通雙轉子電機的磁通路徑，建立了電機的等效磁路模型。
　　其次，推導了橫向磁通雙轉子電機的內氣隙磁通密度和磁路中各磁阻的解析表達式；并且對電機的電樞反應電抗、電磁轉矩和功率因數進行了研究

4、。具體分析了聚磁式永磁轉子對于提高內氣隙磁通密度的作用，以及各磁阻受到相關尺寸參數的影響。根據橫向磁通雙轉子電機的等效磁路模型，分析得出了電機的電磁轉矩表達式。之后，根據橫向磁通雙轉子電機的磁路特點，重新定義電負荷和磁負荷，并推導了轉矩密度的解析表達式，分析了獲得較高轉矩密度的方法。根據電壓電流平衡方程，建立了橫向磁通雙轉子電機的相量圖，推導了功率因數的解析表達式，研究了功率因數偏低的主要原因，并給出了在電機設計和控制過程中改善功率因數

5、的方法。
　　再次，建立了橫向磁通雙轉子電機三維有限元模型，并對其進行了簡化；對橫向磁通雙轉子電機的參數和性能進行了具體的仿真研究。針對橫向磁通雙轉子電機的復雜三維磁通路徑，建立了其三維有限元模型。橫向磁通雙轉子電機的三維有限元模型較大、仿真過程消耗時間較長，因此根據電機各相獨立和每相具有周期性的特點，將仿真模型簡化為一相下一對極的模型。采用三維有限元方法，仿真分析了橫向磁通雙轉子電機內部的磁通密度分布和空載漏磁系數；研究了電機參

6、數對空載反電動勢、輸出轉矩、轉矩脈動和功率因數的影響。在此基礎之上，結合前述理論分析結果，對橫向磁通雙轉子電機的輸出轉矩和功率因數進行了優(yōu)化，給出了電機極對數、內外氣隙長度、橫向磁通齒尺寸和永磁體尺寸等參數的取值范圍。
　　最后，針對橫向磁通雙轉子電機的特殊結構，設計了各部件的結構和加工工藝；制造了橫向磁通雙轉子電機的樣機，并且對其參數和性能進行了測試。為了簡化工藝并獲得較高的槽滿率，設計了電機定子鐵心軛部與端部分別制造，再進行裝