- 頭條用于混合動力車的復合結構永磁電機電磁優化設計2021-05-21 作者：徐奇偉 孫靜 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為改善混合動力車的行駛平穩性，輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學院的研究人員徐奇偉、孫靜、楊云、陶特毅、崔淑梅，在2020年《電工技術學報》增刊1上撰文，對混合動力車用復合結構永磁電機的電磁結構進行優化設計，以減小由于磁路參數的非線性變化引起的電機轉矩脈動。
當前，面對全球能源危機與環境污染問題，以純電動汽車和混合動力車（Hybrid Electric Vehicle, HEV）為代表的新能源汽車正在蓬勃發展。受制于能量存儲媒介、續航里程及輔助配套充電設施不完備等問題，當前純電動汽車仍無法大規模普及。而混合動力車技術相對成熟，動力性和續航能力強，燃油經濟性高，且對外界設施的改進需求較少，已成為當下的研究熱點之一。
復合結構永磁（Compound-Structure Permanent- Magnet, CSPM）電機作為雙轉子結構的機電能量轉換裝置，可實現混合動力車內不同的能量流向，傳遞轉矩以驅動車輛前進。但由于內、外電機共用外轉子結構使得兩臺電機間的磁場耦合嚴重，影響電機工作的平穩性。
為解決磁場耦合問題，各國學者主要研究包括：
- ①研究復合結構永磁同步電機的工作原理，基于有限元方法計算電機的電感參數，并依據所得電感參數的變化規律進一步分析電磁場耦合特性，改善系統控制精度；
- ②利用磁路數學模型與有限元仿真研究復合勵磁源下的電磁耦合規律，分析電機結構參數對耦合程度的影響，優化設計電磁結構。從永磁體和外轉子磁軛厚度匹配、定子繞組電樞反應、材料利用率等方面設計不同的電磁結構方案并進行對比；
- ③研究復合結構永磁同步電機的多種拓撲方案，對比分析各種方案下電機的工作性能，以滿足混合動力系統中的不同需求；
- ④利用磁網絡法，基于Matlab編程平臺建立復合結構永磁同步電機的磁網絡計算模型及求解參量。探索電機結構參數對電磁場耦合程度的影響規律，優選電機結構參數。
為滿足混合動力車平穩運行的需求，輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、哈爾濱工業大學電氣工程及自動化學院的研究人員，對混合動力車用復合結構永磁電機的電磁結構進行優化設計，以減小電機轉矩脈動。
圖1 基于復合結構永磁電機的混合動力車系統結構
圖2 基于復合結構永磁電機的混合動力車能量流動示意圖
首先，介紹基于復合結構永磁電機的混合動力車的結構及其典型的工作模式，分析可知復雜的能量流導致磁場易飽和。然后建立復合結構永磁電機的狀態方程，以研究該電機的轉矩特性；采用二維有限元法對復合結構永磁電機的電磁參數展開分析和優化，得出不同結構尺寸對轉矩特性的影響，并合理選擇電磁參數，減小轉矩脈動。最后依據所選參數建立復合結構永磁電機模型，對比優化前后電機的電磁性能，證明電磁優化設計的合理性，并指出需繼續研究的方向，為優化設計復合結構永磁電機的電磁結構以提高電機的動態性能，促進該電機在混合動力車及其他領域中的進一步應用提供理論借鑒。
以上研究成果發表在2020年《電工技術學報》增刊1，論文標題為“用于混合動力車的復合結構永磁電機電磁優化設計”，作者為徐奇偉、孫靜、楊云、陶特毅、崔淑梅。
