混合动力汽车用径向磁场调制型无刷双转子电机的研究

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1、博士学位论文混合动力汽车用径向磁场调制型无刷双转子电机的研究RESEARCHONRADIALMAGNETIC-FIELDMODULATEDBRUSHLESSDOUBLE-ROTORMACHINEFORHYBRIDELECTRICVEHICLES白金刚哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TM351学校代码：10213国际图书分类号：621.313密级：公开工学博士学位论文混合动力汽车用径向磁场调制型无刷双转子电机的研究博士研究生：白金刚导师：郑萍教授副导师：刘勇教授申请学位：工学博士学科：电机与电器

2、所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM351U.D.C:621.313DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONRADIALMAGNETIC-FIELDMODULATEDBRUSHLESSDOUBLE-ROTORMACHINEFORHYBRIDELECTRICVEHICLESCandidate：JingangBaiSupervisor：Prof.ZhengPi

3、ngViceSupervisor：Prof.LiuYongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ElectricalMachineandApparatusAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringandAutomationDateofDefence：Dec.,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要在混合动力

4、技术中，混联式混合动力技术最为先进。目前国际上在该方向的研究方案分为两大类，即基于行星齿轮的机械式方案和基于复合结构电机的纯电气式方案。行星齿轮作为机械式方案动力分配和无级变速传动的核心部件，它是一种精密机械部件，因此机械式方案不可避免地会出现振动、噪声、磨损和定期维护等问题。而基于复合结构电机的纯电气式方案不仅不存在上述问题，而且具有结构简单紧凑、易于控制的优势。目前国际上对有刷式纯电气方案的研究已趋于成熟，研究表明该方案具有技术先进性和竞争力，但也有内转子绕组发热严重等问题急需解决。针对上述问题，本文提

5、出了一种磁场调制型无刷双转子电机（Magnetic-FieldModulatedBrushlessDouble-RotorMachine,MFM-BDRM）方案，通过与传统电机结合可实现一种全新的纯电气式混合动力方案，而且解决了早期纯电气式方案中内转子绕组发热严重、电刷滑环机构可靠性差、旋转绕组动平衡难以保证等瓶颈问题。本文主要对径向磁场调制型无刷双转子电机（RadialMFM-BDRM,RMFM-BDRM）展开了深入的研究，主要的研究工作包括以下几个方面：首先，为了简化RMFM-BDRM内部复杂的机电能量

6、转换关系的分析过程，提出了图解分析方法，并通过该方法对RMFM-BDRM的转速、转矩等运行特性进行了研究。进一步将RMFM-BDRM和机械行星齿轮的运行特性进行了对比分析，表明RMFM-BDRM在功能上完全等同于一个机械行星齿轮加一个电机。根据RMFM-BDRM转子与发动机连接方式的不同，提出了两种不同类型的混合动力系统方案。为了评估两种方案的性能，通过解析分析和图解方法对两种方案的系统效率进行了对比分析，确定了两种方案的适用场合，为混合动力系统的选型提供了理论依据。在此基础上，结合混合动力系统结构特点，建

7、立了RMFM-BDRM的数学模型，为电机的精确控制提供了理论依据。其次，为了使RMFM-BDRM具有较高的功率密度和良好的电磁性能，研究了RMFM-BDRM在混合动力汽车应用时的设计原则和设计方法。以发动机的工作特性为出发点，提出了RMFM-BDRM额定参数和特征参数的设计原则，表明RMFM-BDRM可按发动机的最大转矩和期望转速进行设计。结合混合动力汽车对电机电磁性能的要求和RMFM-BDRM工作原理（磁场调制原理）的特殊性，研究了RMFM-BDRM中导磁块和永磁体的最佳尺寸配比、调制环转子中导磁块数与定

8、子、永磁转子极对数的最佳匹配规律、最佳的定子绕组排布方式等设计方法，为获得最优设计方案提供理论依据。同时该设计方法对其他基于磁场调制原理工作的电机同样具有重要的指导意义。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文再次，为了进一步提升电机性能，对RMFM-BDRM中功率因数低和谐波损耗大的特殊电磁问题进行了研究。由于双层气隙结构和调制环转子的存在，使RMFM-BDRM出现了该种电机特有的功率因数低和谐波损耗大的问题，本文