车用对转双转子电机adtr

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1、http://www.paper.edu.cn1新型车用对转双转子电机的研究邓志君，罗玉涛，周斯加，赵克刚华南理工大学汽车工程学院，广州（510641）E-mail：no6759978@tom.com摘要：研究了对转双转子电机，并利用该特种电机构建一种新的电动汽车驱动系统。分析了对转双转子电机的工作原理。以永磁同步对转双转子电机为例，设计了永磁同步对转双转子电机以及基于它的驱动桥的结构；建立了电机在电动车上应用的数学模型和基于Matlab/Simulink的电机的控制系统模型；针对汽车阻力突变和汽车

2、转弯两种工况作了仿真，并对仿真结果进行了分析，提出了结论。关键词：对转双转子电机，永磁同步，理论模型，仿真1．引言由于能源、环保要求的限制，电动汽车代替传统的内燃机汽车是汽车发展的一大趋势，预计21世纪电动汽车将成为汽车工业和汽车运输的主力。现有的很多电动车或者混合动力[1]汽车驱动系统是在原有传统汽车的传动系基础上增加电动机等动力元件组成的，这样虽然可以利用原有成熟的传动技术节省成本和研发时间，但却在很大程度上降低了电动车辆性能[2]的发挥。轮式驱动电动汽车将电动机及减速机构直接安装在车轮上，形成

3、两轮或四轮驱动，这样虽然节省了传动系的空间，但是需要两个或四个控制器对每个电机进行单独控制，提高了生产成本同时增加了汽车的非簧载质量。本论文提出了一种新型的车用对转双转子电机，利用该电机可以建立一种新的电动汽车驱动系统。新型的对转双转子电机利用作用力与反作用力原理，将传统电机的定子也作为转子(外转子)，与原有的电机转子（内转子）作反向运动。该电机直接安装在驱动桥上，代替常规机械驱动桥的传动轴、主减速器和差速器等构件，在电机的左右两侧分别增设了用于减速和换向减速的（行星）齿轮机构，将动力经万向节传动机

4、构传至车轮。基于对转双转子电机的驱动系统集驱动、差速、制动能量再生为一体，比建立在传统汽车之上的电动汽车具有更高的效率，更轻的重量，结构更加紧凑，成本更低。因为只需一个电机控制器，因此比轮式驱动的电动汽车，重量更轻，成本也更低，而且电机在相同输出功率情况下相对转速是轮式驱动电机的两倍，电机的体积和转动惯量会更小。[3]对转双转子电机可以是直流电机，交流异步电机，交流同步电机等。因交流永磁同步[4]电机具有转速高，质量轻，尺寸小并且能够改善电网的功率因数等优点，适合车用，所以1本课题得到广东省工业攻关

5、项目科研基金（项目编号：2004A113040031）资助http://www.paper.edu.cn选择永磁同步交流电机进行研究。2．永磁同步对转双转子电机结构1-车轮2-左右等速万向节传动机构3-减速行星排4-滑环机构5-带电枢绕组的外转子6-永磁体内转子7-换向减速行星排8-电机左右端盖9-电机壳图1永磁同步对转双转子电机驱动桥结构如图1，带电枢绕组的外转子5与永磁体内转子6之间产生大小相等，方向相反的电磁力矩，在电磁力矩作用下，内外转子产生方向相反的绝对转动。外转子的动力经左侧的减速行星排

6、3、等速万向传动机构2向车轮传递；内转子的动力依次通过右侧的换向减速机构7和等速万向传动机构向另一侧车轮传递，也可以是内外转子对换连接。这样双转子电机可以驱动两侧车轮同向行驶，并具有差速功能。外转子上的绕组通过滑环机构4及导线与双转子电机控制器连接，双转子电机控制器还与车载电源连接。电机控制器包含直流-交流(DC/AC)变换的功率电子装置和电机调速的电子控制单元（ECU）等。在电机驱动汽车的时，电源总线向电机供电，在制动能量回收的时候，电机反过来向电源总线送电。在设计时，应尽量使得驱动桥左右两侧传动

7、机构（尤其是内外转子）的转动惯量之和基本相等，则向车轮输出的转矩也会基本相等。3．对转双转子电机扭矩平衡理论[5]对转双转子电机可以稳定工作的条件（具体理论推导参见）是：电磁转矩对于某一转子转速的变化梯度小于作用在该转子的负载对于该转子转速的变化梯度。该条件可以保证电磁转矩以相同的值传送给各转子，即使两个转子的转速不相同。电磁转矩通过控制器的矢量控制或磁场向量控制可以获得上述的稳定条件。后面的计算机仿真也证明了该论断。4．永磁同步对转双转子电机数学模型以三相星形180°通电模式来分析建立永磁同步对转

8、双转子电机的数学模型。为了便于http://www.paper.edu.cn[6]分析,假定:(1)磁路不饱和,即电机电感大小不受电流变化的影响,不计涡流和磁滞损耗;(2)忽略齿槽、换相过程和电枢反应等影响;(3)三相绕组完全对称,永久磁钢的磁场沿气隙周围正弦分布;(4)电枢绕组在外转子内表面均匀连续分布;(5)驱动二极管和续流二极管为理想元件。[7]因为双转子电机与传统电机的电气特性基本相同，所以在传统电机的基础上建立双转子电机电气系统的数学模型为：diduR=+i