混合動力車用無刷爪極雙轉子電機的研究.pdf

1、復合結構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,能夠分配內燃機和蓄電池的能量流動,達到提高車輛燃油經濟性和降低尾氣排放的目的。目前國際上對有刷復合結構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轉子繞組嚴重發(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子電機(Brushless Claw Pole Double Rotor Machine,BCD

2、RM),該電機可以與不同結構的傳統(tǒng)電機相配合,構成無刷復合結構電機方案。該方案既可以實現(xiàn)內燃機轉矩轉速獨立控制,又能解決當前困擾業(yè)內的繞組發(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子電機的主磁通和漏磁通的分布,根據(jù)無刷爪極雙轉子電機的磁路特點,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,推導出了模型中各部分磁阻以及磁路不飽和情況下電磁轉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);針對無刷爪極雙轉子電機漏磁豐富且路徑復雜問題,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雜性和節(jié)省計算時間,研究了適用于工程應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計流程,為該種電機的設計提供了快捷有效的方法。
　　再次,推導了無刷爪極雙轉子電機的轉矩密

4、度和齒槽轉矩的解析表達式,得出其轉矩密度和齒槽轉矩與電機主要設計參數(shù)之間的聯(lián)系,進而用三維有限元法對電機轉矩性能進行優(yōu)化,得到了電機永磁轉子結構、極對數(shù)、氣隙長度、主要尺寸比以及爪極結構的最佳設計。
　　之后,針對無刷爪極雙轉子電機漏磁通豐富所導致的功率因數(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子;對經過優(yōu)化設計的無刷爪極雙轉子電機的各種損耗進行了計算,總結出各種損耗的比例關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、齒槽轉矩和電抗等參數(shù)的測試結果與計算結果,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模擬,測試結果驗證了無刷爪極雙轉子電機的轉速調