混合動(dòng)力車用無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的研究.pdf

1、復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)是兩臺(tái)電機(jī)的高度集成,這種電機(jī)作為一種新興的混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件,能夠分配內(nèi)燃機(jī)和蓄電池的能量流動(dòng),達(dá)到提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放的目的。目前國(guó)際上對(duì)有刷復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)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(jìn)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(wèn)題。本文提出一種新型無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)(Brushless Claw Pole Double Rotor Machine,BCD

2、RM),該電機(jī)可以與不同結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電機(jī)相配合,構(gòu)成無(wú)刷復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)方案。該方案既可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速獨(dú)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(wèn)題。本文所做的工作主要包括以下幾個(gè)部分:
　　首先,分析了無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的主磁通和漏磁通的分布,根據(jù)無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的磁路特點(diǎn),建立了該電機(jī)的等效磁路模型;并以電機(jī)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(dá)式。

3、>　　其次,采用三維有限元分析方法計(jì)算了電機(jī)的磁通密度分布、空載反電動(dòng)勢(shì)、空載漏磁系數(shù)及電抗等參數(shù);針對(duì)無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)漏磁豐富且路徑復(fù)雜問(wèn)題,對(duì)該種電機(jī)漏磁通進(jìn)行了分析計(jì)算,修正了磁路模型中磁阻解析公式中近似處理帶來(lái)的誤差。另外,為了簡(jiǎn)化三維場(chǎng)計(jì)算復(fù)雜性和節(jié)省計(jì)算時(shí)間,研究了適用于工程應(yīng)用的簡(jiǎn)化二維有限元模型,并研制了一套完善的電機(jī)實(shí)用設(shè)計(jì)流程,為該種電機(jī)的設(shè)計(jì)提供了快捷有效的方法。
　　再次,推導(dǎo)了無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密

4、度和齒槽轉(zhuǎn)矩的解析表達(dá)式,得出其轉(zhuǎn)矩密度和齒槽轉(zhuǎn)矩與電機(jī)主要設(shè)計(jì)參數(shù)之間的聯(lián)系,進(jìn)而用三維有限元法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩性能進(jìn)行優(yōu)化,得到了電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、極對(duì)數(shù)、氣隙長(zhǎng)度、主要尺寸比以及爪極結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)。
　　之后,針對(duì)無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)漏磁通豐富所導(dǎo)致的功率因數(shù)偏低的缺點(diǎn),研究了永磁體、繞組匝數(shù)、電流幅值和相角等參數(shù)對(duì)功率因數(shù)的影響趨勢(shì),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(shí)心鐵作為爪極鐵心時(shí)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(duì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的各種損耗進(jìn)行了計(jì)算,總結(jié)出各種損耗的比例關(guān)系并對(duì)該電機(jī)的效率進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　最后,研制了一臺(tái)無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的樣機(jī),并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和功能性驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)比空載反電動(dòng)勢(shì)、齒槽轉(zhuǎn)矩和電抗等參數(shù)的測(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果,驗(yàn)證了理論分析的正確性和可行性。另外,在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)電機(jī)在混合動(dòng)力車中的各種工作模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M,測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了無(wú)刷爪極雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)