混合动力汽车用双转子电机的建模与仿真

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电机与控制学报

第１２卷

ｌ

引言

随着全球石油资源紧张、大气污染严重等问题的加剧，融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车技术异军突起，在世界范围内成为新型汽车开发的热点。

混合动力电动汽车（Ｈｙｂｒｉｄ

Ｅｌｅｃｔｒｉｃ

Ｖｅｈｉｃｌｅ，

ＨＥＶ）是在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元（ＡＰＵ）的汽车。它将原动机、电动机以

及蓄电池组合在一起，以实现它们之间的良好匹配

和优化控制，达到低排放和低油耗的目的【４Ｊ。目前混合动力电动汽车主要可分为串联、并联和混联三种典型结构。

近年来，我国在混合动力汽车研发方面取得了较大的进步。但是，我国混合动力汽车的技术水平仍与国外差距很大，一个很重要的原因在于机电耦合传动模式方面没有重大突破，缺少动力耦合器执行机构。因此迫切要求开发性能优越、成本低廉的混合动力新结构。

在这种环境下，一种双转子电机结构被提出应用于混合动力汽车驱动系统，它采用一种由内外两个径向式磁路结构的复合电机组成一体化的双转子混合动力电机，代替一般的发电机和电动机分离式结构Ｌ５．Ｊ。双转子电机通过内、外两个电机部分的协

调工作使发动机运行于最高效率点，并且其自身具

备减速增转矩的功能，能够取消离合器和变速器，降低整车的开发成本，并提高整车的工作效率…。

本文在级联式无刷双馈电机与同步电机的基础上，依据电机的基本电磁关系，推导出双转子电机的数学模型，并利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真软件建立电机的仿真模型，对电机的运行状态进行仿真。

２双转子混合动力系统介绍

双转子混合动力系统南发动机、双转子电机、逆变控制器、控制系统及电池等构成，如图１所示。双转子电机由内、外两转子和定子组成，内转子与发动机曲轴相连，外转子与驱动桥相连。发动机的转矩通过内、外转子之间的电磁场直接作用在驱动桥上，同时利用两转子之间的转速差发电，电流由逆变控制器传输给电机，对驱动桥产生附加转矩。发动机和驱动桥之间没有机械连接，因此发动机的工作点可以灵活选择¨’引。

根据车辆启动、加速、减速、匀速及制列等行驶

工况，双转子电机内外两个电机部分均可独立运行于发电、电动、堵转或不工作状态，其电机可具有启

动、纯电动、两转子同步态、两转子升降速异步态等

多种运行状态。

图１

双转子混合动力系统技术方案

ｒｉｇ．１

Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ

ｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｄｏｕｂｌｅ ｒｏｔｏｒｍｏｏｒＨＥＶ

ｓｙｓｔｅｍ

３双转子电机的原理介绍

３．１双转子电机的结构介绍

双转子电机（Ｄｏｕｂｌｅ—ＲｏｔｏｒＭｏｔｏｒ）由一个定子与内、外两个转子构成，内转子为励磁转子，外转子为内外侧绕组反相序联接的杯形转子，，内外两个转子在机械结构上是同轴联接的。其中杯形转子外侧绕组靠近定子绕组，故称为杯形转子的定子侧绕组，同理其内侧绕组也称为杯形转子的励磁转子侧绕组。

双转子电机可看作由定子与杯形转子外侧绕组作转子构成的异步电机（外电机），和由杯形转子内侧绕组作定子与励磁转子构成的同步电机（内电机）组成的一种复合电机。同时也可将其看作是由级联式无刷双馈电机的结构演变而来的新型电机结构。

级联式无刷双馈电机（Ｃａｓｃａｄｅ

ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤｏｕｂｌｙ—

Ｆｅｄ

Ｍａｃｈｉｎｅ，ＣＢＤＦＭ）由两套分离的定子绕组同两

套绕组反相序联接的转子构成，其结构如图２所示。其相当于两台极对数分别为Ｐ。Ｐ。的绕线式异步电机的级联系统，即两台电机转子机械上同轴，两套转子绕组反相序联接，一套定子绕组（功率绕组，极对数为Ｐ。）直接接三相工频电网，另一套定子绕组（控制绕组，极对数为Ｐ。）接至变频器的输出端心＇７’８｜。

Ｐ。对极电机Ｐ。对极电机

图２级联式无刷双馈电机的结构

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃａｓｃａｄｅ

ｂｍｓｈｌｅｓｓｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ

ｍａｃｈｉｎｅ

Ｆｉｇ．２

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