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當前，面對全球能源危機與環(huán)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(fā)展。受制于能量存儲媒介、續(xù)航里程及輔助配套充電設(shè)施不完備等問題，當前純電動汽車仍無法大規(guī)模普及。而混合動力車技術(shù)相對成熟，動力性和續(xù)航能力強，燃油經(jīng)濟性高，且對外界設(shè)施的改進需求較少，已成為當下的研究熱點之一。

復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁（Compound-Structure Permanent- Magnet, CSPM）電機作為雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，可實現(xiàn)混合動力車內(nèi)不同的能量流向，傳遞轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動車輛前進。但由于內(nèi)、外電機共用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)使得兩臺電機間的磁場耦合嚴重，影響電機工作的平穩(wěn)性。

為解決磁場耦合問題，各國學(xué)者主要研究包括：

• ①研究復(fù)合結(jié)構(gòu)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(shù)，并依據(jù)所得電感參數(shù)的變化規(guī)律進一步分析電磁場耦合特性，改善系統(tǒng)控制精度；
• ②利用磁路數(shù)學(xué)模型與有限元仿真研究復(fù)合勵磁源下的電磁耦合規(guī)律，分析電機結(jié)構(gòu)參數(shù)對耦合程度的影響，優(yōu)化設(shè)計電磁結(jié)構(gòu)。從永磁體和外轉(zhuǎn)子磁軛厚度匹配、定子繞組電樞反應(yīng)、材料利用率等方面設(shè)計不同的電磁結(jié)構(gòu)方案并進行對比；
• ③研究復(fù)合結(jié)構(gòu)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(tǒng)中的不同需求；
• ④利用磁網(wǎng)絡(luò)法，基于Matlab編程平臺建立復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機的磁網(wǎng)絡(luò)計算模型及求解參量。探索電機結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁場耦合程度的影響規(guī)律，優(yōu)選電機結(jié)構(gòu)參數(shù)。

為滿足混合動力車平穩(wěn)運行的需求，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點實驗室（重慶大學(xué)）、哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及自動化學(xué)院的研究人員，對混合動力車用復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的電磁結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，以減小電機轉(zhuǎn)矩脈動。

圖1 基于復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的混合動力車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 基于復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的混合動力車能量流動示意圖

首先，介紹基于復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的混合動力車的結(jié)構(gòu)及其典型的工作模式，分析可知復(fù)雜的能量流導(dǎo)致磁場易飽和。然后建立復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的狀態(tài)方程，以研究該電機的轉(zhuǎn)矩特性；采用二維有限元法對復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的電磁參數(shù)展開分析和優(yōu)化，得出不同結(jié)構(gòu)尺寸對轉(zhuǎn)矩特性的影響，并合理選擇電磁參數(shù)，減小轉(zhuǎn)矩脈動。最后依據(jù)所選參數(shù)建立復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機模型，對比優(yōu)化前后電機的電磁性能，證明電磁優(yōu)化設(shè)計的合理性，并指出需繼續(xù)研究的方向，為優(yōu)化設(shè)計復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機的電磁結(jié)構(gòu)以提高電機的動態(tài)性能，促進該電機在混合動力車及其他領(lǐng)域中的進一步應(yīng)用提供理論借鑒。

以上研究成果發(fā)表在2020年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊1，論文標題為“用于混合動力車的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機電磁優(yōu)化設(shè)計”，作者為徐奇?zhèn)?、孫靜、楊云、陶特毅、崔淑梅。