基于复合结构永磁电机的混合动力车(HybridElectric Vehicle,HEV)具有电磁式动力传动系统。复合结构永磁电机作为电气无级变速器(Electrical continuously Variable Transmission,EVT),可实现传动比的连续变化。理论分析证明,若辅以一定的控制策略,复合结构永磁电机可完全取代丰田 Prius 系列混合动力车中的行星齿轮机构,实现内燃机(Internal Combustion Engine,ICE)怠速停机、动力补偿及制动能量回馈等功能,同时可使内燃机不依赖于工况而始终运行于最优效率区,提高燃油经济性、降低排放[1,2]。
目前,国内外学者主要在结构设计、数学建模、效率分析、冷却系统设计、双转子结构无刷化等方面,对复合结构永磁电机的本体展开深入研究,为其进一步发展和实际应用奠定了理论基础。现有研究主要包括以下两方面[3-7]:①基于复合结构永磁电机的混合动力车中机电耦合:根据总结出的不同工作模式下的能量传递规律,复合结构永磁电机可分别替代传统混合动力车中的无级变速器、起动机、发电机、离合器等装置实现 CVT 模式、起动机模式、发电机模式、制动模式等多种工作模式,和内燃机共同作用驱动车辆;②基于复合结构永磁电机的混合动力车中整车控制策略:针对复合结构永磁电机造成混合动力车动力传输拓扑改变的问题,分析传统串、并联混合动力车控制策略在这种新型结构混合动力车中的应用,通过对复合结构永磁电机中内、外电机的控制,以调节内燃机和储能装置的能量输出。
然而,通过在复合结构永磁电机的外转子内、外表面安装永磁体,虽然减小了电机体积、提高了能量密度,但是复合激磁源易使电机内部磁场耦合严重,造成复合结构永磁电机难以控制,且电机发热剧烈。本文针对复合结构永磁电机中的磁场耦合问题展开研究,首先对混合动力车用复合结构永磁电机进行参数匹配,获得与丰田 Prius 系列混合动力车中的丰田混合动力系统(Toyota Hybrid System, THS)相同的动力性能;然后建立复合结构永磁电机内部等值磁路模型,并以此为基础探索复合结构永磁电机内部磁场耦合规律;最后,建立复合结构永磁电机 2D-Ansoft 仿真模型,得到其在不同工作模式下的内部磁场分布,并提出复合结构永磁电机的内部磁场解耦设计方案。
永磁同步电机,文中称为“内电机”和 EM1 电机。基于复合结构永磁电机的混合动力车结构框图如图 1 所示,复合结构永磁电机的内转子与内燃机同轴相连,外转子连接车内的主减速器。
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