車用對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)adtr

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1、http://www.paper.edu.cn1新型車用對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的研究鄧志君，羅玉濤，周斯加，趙克剛?cè)A南理工大學(xué)汽車工程學(xué)院，廣州（510641）E-mail：no6759978@tom.com摘要：研究了對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，并利用該特種電機(jī)構(gòu)建一種新的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)。分析了對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的工作原理。以永磁同步對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)為例，設(shè)計了永磁同步對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)以及基于它的驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)；建立了電機(jī)在電動車上應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型和基于Matlab/Simulink的電機(jī)的控制系統(tǒng)模型；針對汽車阻力突變和汽車

2、轉(zhuǎn)彎兩種工況作了仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，提出了結(jié)論。關(guān)鍵詞：對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，永磁同步，理論模型，仿真1．引言由于能源、環(huán)保要求的限制，電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車是汽車發(fā)展的一大趨勢，預(yù)計21世紀(jì)電動汽車將成為汽車工業(yè)和汽車運(yùn)輸?shù)闹髁Α，F(xiàn)有的很多電動車或者混合動力[1]汽車驅(qū)動系統(tǒng)是在原有傳統(tǒng)汽車的傳動系基礎(chǔ)上增加電動機(jī)等動力元件組成的，這樣雖然可以利用原有成熟的傳動技術(shù)節(jié)省成本和研發(fā)時間，但卻在很大程度上降低了電動車輛性能[2]的發(fā)揮。輪式驅(qū)動電動汽車將電動機(jī)及減速機(jī)構(gòu)直接安裝在車輪上，形成

3、兩輪或四輪驅(qū)動，這樣雖然節(jié)省了傳動系的空間，但是需要兩個或四個控制器對每個電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制，提高了生產(chǎn)成本同時增加了汽車的非簧載質(zhì)量。本論文提出了一種新型的車用對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，利用該電機(jī)可以建立一種新的電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)。新型的對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)利用作用力與反作用力原理，將傳統(tǒng)電機(jī)的定子也作為轉(zhuǎn)子(外轉(zhuǎn)子)，與原有的電機(jī)轉(zhuǎn)子（內(nèi)轉(zhuǎn)子）作反向運(yùn)動。該電機(jī)直接安裝在驅(qū)動橋上，代替常規(guī)機(jī)械驅(qū)動橋的傳動軸、主減速器和差速器等構(gòu)件，在電機(jī)的左右兩側(cè)分別增設(shè)了用于減速和換向減速的（行星）齒輪機(jī)構(gòu)，將動力經(jīng)萬向節(jié)傳動機(jī)

4、構(gòu)傳至車輪?；趯D(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)集驅(qū)動、差速、制動能量再生為一體，比建立在傳統(tǒng)汽車之上的電動汽車具有更高的效率，更輕的重量，結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本更低。因?yàn)橹恍枰粋€電機(jī)控制器，因此比輪式驅(qū)動的電動汽車，重量更輕，成本也更低，而且電機(jī)在相同輸出功率情況下相對轉(zhuǎn)速是輪式驅(qū)動電機(jī)的兩倍，電機(jī)的體積和轉(zhuǎn)動慣量會更小。[3]對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)可以是直流電機(jī)，交流異步電機(jī)，交流同步電機(jī)等。因交流永磁同步[4]電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高，質(zhì)量輕，尺寸小并且能夠改善電網(wǎng)的功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，適合車用，所以1本課題得到廣東省工業(yè)攻關(guān)

5、項目科研基金（項目編號：2004A113040031）資助http://www.paper.edu.cn選擇永磁同步交流電機(jī)進(jìn)行研究。2．永磁同步對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)1-車輪2-左右等速萬向節(jié)傳動機(jī)構(gòu)3-減速行星排4-滑環(huán)機(jī)構(gòu)5-帶電樞繞組的外轉(zhuǎn)子6-永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子7-換向減速行星排8-電機(jī)左右端蓋9-電機(jī)殼圖1永磁同步對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)如圖1，帶電樞繞組的外轉(zhuǎn)子5與永磁體內(nèi)轉(zhuǎn)子6之間產(chǎn)生大小相等，方向相反的電磁力矩，在電磁力矩作用下，內(nèi)外轉(zhuǎn)子產(chǎn)生方向相反的絕對轉(zhuǎn)動。外轉(zhuǎn)子的動力經(jīng)左側(cè)的減速行星排

6、3、等速萬向傳動機(jī)構(gòu)2向車輪傳遞；內(nèi)轉(zhuǎn)子的動力依次通過右側(cè)的換向減速機(jī)構(gòu)7和等速萬向傳動機(jī)構(gòu)向另一側(cè)車輪傳遞，也可以是內(nèi)外轉(zhuǎn)子對換連接。這樣雙轉(zhuǎn)子電機(jī)可以驅(qū)動兩側(cè)車輪同向行駛，并具有差速功能。外轉(zhuǎn)子上的繞組通過滑環(huán)機(jī)構(gòu)4及導(dǎo)線與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器連接，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器還與車載電源連接。電機(jī)控制器包含直流-交流(DC/AC)變換的功率電子裝置和電機(jī)調(diào)速的電子控制單元（ECU）等。在電機(jī)驅(qū)動汽車的時，電源總線向電機(jī)供電，在制動能量回收的時候，電機(jī)反過來向電源總線送電。在設(shè)計時，應(yīng)盡量使得驅(qū)動橋左右兩側(cè)傳動

7、機(jī)構(gòu)（尤其是內(nèi)外轉(zhuǎn)子）的轉(zhuǎn)動慣量之和基本相等，則向車輪輸出的轉(zhuǎn)矩也會基本相等。3．對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)扭矩平衡理論[5]對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)可以穩(wěn)定工作的條件（具體理論推導(dǎo)參見）是：電磁轉(zhuǎn)矩對于某一轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化梯度小于作用在該轉(zhuǎn)子的負(fù)載對于該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化梯度。該條件可以保證電磁轉(zhuǎn)矩以相同的值傳送給各轉(zhuǎn)子，即使兩個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不相同。電磁轉(zhuǎn)矩通過控制器的矢量控制或磁場向量控制可以獲得上述的穩(wěn)定條件。后面的計算機(jī)仿真也證明了該論斷。4．永磁同步對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)數(shù)學(xué)模型以三相星形180°通電模式來分析建立永磁同步對轉(zhuǎn)

8、雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。為了便于http://www.paper.edu.cn[6]分析,假定:(1)磁路不飽和,即電機(jī)電感大小不受電流變化的影響,不計渦流和磁滯損耗;(2)忽略齒槽、換相過程和電樞反應(yīng)等影響;(3)三相繞組完全對稱,永久磁鋼的磁場沿氣隙周圍正弦分布;(4)電樞繞組在外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面均勻連續(xù)分布;(5)驅(qū)動二極管和續(xù)流二極管為理想元件。[7]因?yàn)殡p轉(zhuǎn)子電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)的電氣特性基本相同，所以在傳統(tǒng)電機(jī)的基礎(chǔ)上建立雙轉(zhuǎn)子電機(jī)電氣系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：diduR=+i