混合动力汽车用调制环内置式无刷双转子电机的研究

摘要

目前的混合动力系统中，最成熟的是基于行星齿轮的电控无级变速系统。然而该系统的核心部件行星齿轮是纯机械式结构，不可避免地存在振动、噪声、磨损等问题。为解决上述问题，很多学者提出了基于复合结构电机的纯电气式方案。然而这些复合结构电机多为有刷结构，其可靠性差，转子容易过热的问题极大地限制了它们的发展。本文研究的调制环内置式无刷双转子电机（Interior-Modulating-Ring Brushless Double-Rotor Machine,IMR-BDRM）是基于磁场调制原理的新型复合结构电机。该电机与一台普通电机配合，不仅可以取代基于行星齿轮的无级变速系统，同时还解决了以往有刷方案可靠性差，转子容易过热的问题。本文主要对IMR-BDRM展开深入的研究，主要研究工作包括以下几个方面：
　　首先，分析了IMR-BDRM的工作原理。通过磁场解析的方法推导了永磁转子、调制环转子和定子电枢磁场三者之间极对数、转速和电磁转矩满足的数学表达式，并建立有限元仿真模型对解析结果进行验证。之后对IMR-BDRM和行星齿轮进行对比，证明两者在功能上具有一致性。
　　其次，对IMR-BDRM磁场分布规律进行分析。对比了IMR-BDRM和传统磁场调制型无刷双转子电机气隙磁场的分布特点，从磁场角度对两者电磁性能的差异做出解释。研究了导磁块永磁体配比及电机的结构参数对气隙磁场的影响，为电机方案选择奠定了基础。
　　再次，为了提高IMR-BDRM的电磁性能，对电机转矩及功率因数进行研究。通过虚位移法和相量图法分别对电机的电磁转矩和功率因数表达式进行推导。根据分析结果，运用有限元仿真研究了电机结构参数对电机电磁性能的影响，为确定最终方案提供依据。
　　最后，针对IMR-BDRM铁耗大的特点，对电机的铁耗分布进行分析。研究了不同工作状态下电机各个区域铁耗的变化规律。针对电机铁耗的成因，提出了一种正弦磁导模型，通过改善气隙磁导波形，进而削弱谐波磁场的含量，实现减少电机铁耗的目的。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 复合结构电机的国内外发展综述

1.3 磁场调制技术的国内外发展综述

1.4 国内外文献综述简析

1.5 本文的主要研究内容

第2章 IMR-BDRM的工作原理

2.1引言

2.2 IMR-BDRM工作原理的理论分析

2.3 IMR-BDRM工作原理的有限元仿真验证

2.4 IMR-BDRM与行星齿轮的对比分析

2.5 本章小结

第3章 IMR-BDRM的磁场分析

3.1 引言

3.2 调制环位置对电机气隙磁场分布的影响

3.3 导磁块永磁体配比对电机气隙磁场分布的影响

3.4 电机结构参数对气隙磁场分布的影响

3.5 本章小结

第4章 IMR-BDRM转矩和功率因数的分析与优化

4.1 引言

4.2 转矩分析与优化

4.3 功率因数分析与优化

4.4 IMR-BDRM最终方案的确定

4.5 本章小结

第5章 IMR-BDRM的铁耗分析

5.1 引言

5.2 IMR-BDRM铁耗的分布规律

5.3 不同运行状态下IMR-BDRM铁耗的分析与计算

5.4 导磁块形状对电机铁耗的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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