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原文传递混合动力汽车用双凸极式永磁双转子电机的研究

论文题名：	混合动力汽车用双凸极式永磁双转子电机的研究
关键词：	混合动力汽车;双凸极式永磁双转子电机;磁性能参数;耦合效应
摘要：	随着混合动力汽车（Hybrid Electric Vehicle，HEV）的发展，混合动力耦合系统得到了广泛关注，逐渐成为混合动力汽车领域的研究热点之一。在该系统中，按照完成混合动力系统中两种动力源的合成与分配的核心部件的类型分类，混合动力耦合系统主要有采用行星齿轮的机械式混合动力耦合系统和采用双转子电机的电磁式混合动力耦合系统两大类。前者是目前混合动力耦合系统的主流方案，技术较为成熟且已经成功应用于实际车型;后者则是利用双转子电机采用电磁耦合的方式实现转矩的传递和能量的合成，从而省去行星齿轮等机械部件，为混合动力的能量合成与分配提供了新的解决方案，该系统由于还具有结构紧凑、控制灵活、维护方便等优势，是目前混合动力汽车领域的又一发展方向之一。　　本文针对电磁式混合动力耦合系统，提出了一种新型双转子电机，即双凸极式永磁双转子电机(Double-Salient Permanent-Magnet Double-Rotor Motor,DSPM-DRM)，进行了深入系统的理论分析和实验研究，论文主要研究成果包括以下几个方面: 　　一、针对HEV应用特点，将“双转子电机理论”融入定子永磁型电机，提出了一种具有创新型结构的双凸极式永磁双转子电机。该电机具有两个转子和两层气隙且永磁体内置于定子和内转子的特殊结构，通过有限元法精确计算了电感参数、空载反电势、气隙磁密等电机的关键磁性能参数，评估了内、外磁场的耦合程度，为建立DSPM-DRM的数学模型，实现DSPM-DRM的精确控制奠定了理论基础。　　二、建立了该类DSPM-DRM的电磁分析、优化设计的一般方法。在深入分析双转子电机运行机理的基础上，借鉴定子永磁型电机的设计理论，提出了DSPM-DRM的电机的功率方程、尺寸方程。为有效提高该类电机的电磁性能，研究中以“减小输出转矩脉动”和“提高转矩密度”为优化目标，通过建立DSPM-DRM的参数化优化设计模型，采用遗传控制算法(Genetic Algorithm，GA)实现了电机的多目标优化设计。在此基础上，设计、加工制造了一台混合度大于50％的小功率实验原理样机。　　三、基于MATLAB建立了DSPM-DRM系统的仿真模型，提出了双转子电机运行的基本控制策略。针对DSPM-DRM在混合动力汽车中的应用特点，仿真分析了在HEV的不同典型工况下DSPM-DRM的多种工作运行模式:起动运行、纯电动驱动、混合驱动等，从理论上分析和验证了该类双转子电机的混合动力合成的基本原理，为后续实验分析奠定了理论基础。　　四、基于ADVISOR仿真平台，通过深度二次开发构建了基于DSPM-DRM的HEV整车仿真系统模型。选择在相同的典型循环测试工况下，从动力性能和燃油经济性等方面，详细分析了该类双转子电机的性能，并与目前主流的混合动力汽车动力合成性能进行了对比分析和研究，研究结果进一步验证了采用DSPM-DRM的电磁式混合动力耦合系统的可行性。　　五、搭建了基于小功率实验原理样机DSPM-DRM的动力混合系统实验平台，对实验原理样机进行了实验测试和功能性验证，完成起动运行、纯电动驱动、混合驱动等多种典型工况的实验与分析。实验结果验证了理论分析的正确性、样机设计和控制策略的合理性，也为下一步DSPM-DRM在HEV中的应用研究提供了理论基础和技术支持。
作者：	陈云云
专业：	电力电子与电力传动
导师：	全力
授予学位：	博士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文