混合动力汽车用双凸极永磁双转子电机的基本原理及运行工况分析

摘要

环境污染日益严重、石油资源逐渐减少和温室效应越来越显露,使得人们的环保意识不断高涨。而随着汽车保有量的不断增加,车辆所排放的废气对大气造成的负面影响,也是其中比较严重的一项。为了减轻汽车工业发展所带来的环境和能源问题,节能环保型汽车成为现在汽车发展的主流,零排放、无污染的新能源汽车更是当前研究的重要课题。使用电能系统代替原有燃油动力系统的电动汽车,在节能减排、能源多元化等方面都有明显的优势,主要包括纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。因为电池技术不能在短期内有大的突破,所以动力源只有电池的纯电动汽车和燃料电池车,在动力性和续航里程方面也受到了很大的限制。因此,具有两种或两种以上动力源的混合动力电动汽车,成为了现今汽车工业的发展趋势。混合动力系统有电磁式和机械式两种形式,本文所研究的双凸极永磁双转子电机的应用场合为电磁式混合动力系统。
　　 本文首先对国内外混合动力汽车的发展情况进行简要的介绍,并说明了混合动力系统的主要特点,接着介绍了双转子电机的概念和当前的研究状况,进而提出了新型双凸极永磁双转子电机。
　　 其次对双凸极永磁双转子电机的结构和工作原理进行阐述,在此基础上,分析了电机的磁链方程、转矩方程、电压方程和机械运动方程,建立了双凸极永磁双转子电机的理论基础。因为所研究电机的应用场合是混合动力电动汽车,而汽车的运行状况是多变的,所以论文分析了不同工况下,混合动力系统的功率流向,双转子电机所需要实现的功能和相应的数学模型。
　　 接着通过对双凸极永磁双转子电机的Maxwell2D有限元仿真,分析内外电机之间的磁场耦合情况。然后根据有限元的计算结果,利用MATLAB软件对电机控制系统进行建模,着重研究汽车起动、加速、减速、爬坡等工况下的系统仿真模型,并进行仿真分析。最后搭建双凸极永磁双转子的实验平台,对部分工况下的电机情况进行实验研究。