用于混合动力车的复合结构永磁电机电磁优化设计

为改善混合动力车的行驶平稳性,输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)、哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的研究人员徐奇伟、孙静、杨云、陶特毅、崔淑梅,在2020年《电工技术学报》增刊1上撰文,对混合动力车用复合结构永磁电机的电磁结构进行优化设计,以减小由于磁路参数的非线性变化引起的电机转矩脉动。

当前,面对全球能源危机与环境污染问题,以纯电动汽车和混合动力车(Hybrid Electric Vehicle, HEV)为代表的新能源汽车正在蓬勃发展。受制于能量存储媒介、续航里程及辅助配套充电设施不完备等问题,当前纯电动汽车仍无法大规模普及。而混合动力车技术相对成熟,动力性和续航能力强,燃油经济性高,且对外界设施的改进需求较少,已成为当下的研究热点之一。

复合结构永磁(Compound-Structure Permanent- Magnet, CSPM)电机作为双转子结构的机电能量转换装置,可实现混合动力车内不同的能量流向,传递转矩以驱动车辆前进。但由于内、外电机共用外转子结构使得两台电机间的磁场耦合严重,影响电机工作的平稳性。

为解决磁场耦合问题,各国学者主要研究包括:

①研究复合结构永磁同步电机的工作原理,基于有限元方法计算电机的电感参数,并依据所得电感参数的变化规律进一步分析电磁场耦合特性,改善系统控制精度;
②利用磁路数学模型与有限元仿真研究复合励磁源下的电磁耦合规律,分析电机结构参数对耦合程度的影响,优化设计电磁结构。从永磁体和外转子磁轭厚度匹配、定子绕组电枢反应、材料利用率等方面设计不同的电磁结构方案并进行对比;
③研究复合结构永磁同步电机的多种拓扑方案,对比分析各种方案下电机的工作性能,以满足混合动力系统中的不同需求;
④利用磁网络法,基于Matlab编程平台建立复合结构永磁同步电机的磁网络计算模型及求解参量。探索电机结构参数对电磁场耦合程度的影响规律,优选电机结构参数。
为满足混合动力车平稳运行的需求,输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)、哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院的研究人员,对混合动力车用复合结构永磁电机的电磁结构进行优化设计,以减小电机转矩脉动。

ALIP-S1-Q5-P350-钠介质负载特性

温度 ℃

扬程与效率特性

温升与功率特性

300

400

500