混合動力汽車用雙凸極式永磁雙轉(zhuǎn)子電機的研究.pdf

1、隨著混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）的發(fā)展，混合動力耦合系統(tǒng)得到了廣泛關(guān)注，逐漸成為混合動力汽車領(lǐng)域的研究熱點之一。在該系統(tǒng)中，按照完成混合動力系統(tǒng)中兩種動力源的合成與分配的核心部件的類型分類，混合動力耦合系統(tǒng)主要有采用行星齒輪的機械式混合動力耦合系統(tǒng)和采用雙轉(zhuǎn)子電機的電磁式混合動力耦合系統(tǒng)兩大類。前者是目前混合動力耦合系統(tǒng)的主流方案，技術(shù)較為成熟且已經(jīng)成功應(yīng)用于實際車型;后者則是利用雙轉(zhuǎn)子電機采用

2、電磁耦合的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞和能量的合成，從而省去行星齒輪等機械部件，為混合動力的能量合成與分配提供了新的解決方案，該系統(tǒng)由于還具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制靈活、維護方便等優(yōu)勢，是目前混合動力汽車領(lǐng)域的又一發(fā)展方向之一。
　　本文針對電磁式混合動力耦合系統(tǒng)，提出了一種新型雙轉(zhuǎn)子電機，即雙凸極式永磁雙轉(zhuǎn)子電機(Double-Salient Permanent-Magnet Double-Rotor Motor,DSPM-DRM)，進行了深入系

3、統(tǒng)的理論分析和實驗研究，論文主要研究成果包括以下幾個方面:
　　一、針對HEV應(yīng)用特點，將“雙轉(zhuǎn)子電機理論”融入定子永磁型電機，提出了一種具有創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)的雙凸極式永磁雙轉(zhuǎn)子電機。該電機具有兩個轉(zhuǎn)子和兩層氣隙且永磁體內(nèi)置于定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子的特殊結(jié)構(gòu)，通過有限元法精確計算了電感參數(shù)、空載反電勢、氣隙磁密等電機的關(guān)鍵磁性能參數(shù)，評估了內(nèi)、外磁場的耦合程度，為建立DSPM-DRM的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)DSPM-DRM的精確控制奠定了理論基礎(chǔ)。

4、>　　二、建立了該類DSPM-DRM的電磁分析、優(yōu)化設(shè)計的一般方法。在深入分析雙轉(zhuǎn)子電機運行機理的基礎(chǔ)上，借鑒定子永磁型電機的設(shè)計理論，提出了DSPM-DRM的電機的功率方程、尺寸方程。為有效提高該類電機的電磁性能，研究中以“減小輸出轉(zhuǎn)矩脈動”和“提高轉(zhuǎn)矩密度”為優(yōu)化目標，通過建立DSPM-DRM的參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計模型，采用遺傳控制算法(Genetic Algorithm，GA)實現(xiàn)了電機的多目標優(yōu)化設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計、加工制造了一臺

5、混合度大于50％的小功率實驗原理樣機。
　　三、基于MATLAB建立了DSPM-DRM系統(tǒng)的仿真模型，提出了雙轉(zhuǎn)子電機運行的基本控制策略。針對DSPM-DRM在混合動力汽車中的應(yīng)用特點，仿真分析了在HEV的不同典型工況下DSPM-DRM的多種工作運行模式:起動運行、純電動驅(qū)動、混合驅(qū)動等，從理論上分析和驗證了該類雙轉(zhuǎn)子電機的混合動力合成的基本原理，為后續(xù)實驗分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　四、基于ADVISOR仿真平臺，通過深度二

6、次開發(fā)構(gòu)建了基于DSPM-DRM的HEV整車仿真系統(tǒng)模型。選擇在相同的典型循環(huán)測試工況下，從動力性能和燃油經(jīng)濟性等方面，詳細分析了該類雙轉(zhuǎn)子電機的性能，并與目前主流的混合動力汽車動力合成性能進行了對比分析和研究，研究結(jié)果進一步驗證了采用DSPM-DRM的電磁式混合動力耦合系統(tǒng)的可行性。
　　五、搭建了基于小功率實驗原理樣機DSPM-DRM的動力混合系統(tǒng)實驗平臺，對實驗原理樣機進行了實驗測試和功能性驗證，完成起動運行、純電動驅(qū)動、混