混合动力汽车用新型磁通切换双转子电机性能分析
本文针对双转子电机中间转子散热困难这一技术难题，结合混合动力汽车应用场合及磁通切换电机现有研究成果，首次设计了一种基于磁通切换的新型定子永磁型双转子电机，提出其优化设计的一般方法，并利用有限元软件仿真分析其电磁性能及工作特性。该电机不仅具备结构简单、可靠性强、功率密度高、能够有效避免中间转子散热问题等优点，还能实现机械功率与电功率流的合成和传递，灵活控制两种动力源的比例，可使发动机在汽车起步、加速、爬坡、刹车制动等不同工况下运行于最佳燃油经济区，实现节能减排。
1电机结构与工作原理
如图1所示，双转子电机主要包括内转子、中间转子、定子三大部分。内转子和定子均由12个“U”形导磁铁心及嵌入其中的12片切向交替充磁的永磁体组成，绕组均采用集中绕组，每4个线圈串联成一相，形成三相绕组。中间转子结构简单，既无永磁体也无绕组，具有较大的机械强度，且避免了中间转子散热困难问题。本电机外永磁体位于电机外定子上，易于冷却，而内永磁体位于内转子上，可以依靠发动机冷却系统进行散热，从而避免了电机永磁体因温度过高而不可逆退磁问题，能保证电机的可靠运行。
双转子电机相当于将两台同心式单转子电机整合在一起，为了分析方便，对双转子电机的内、外电机分别做出如下定义:定子、外气隙、中间转子构成了外电机，中间转子、内气隙、内转子构成了内电机。
图2给出了双转子电机应用在电元极变速器(ECVT)系统中的工作原理示意图。双转子电机作为混合动力合成系统的核心部件，内转子与内燃机(ICE)相连，中间转子与驱动桥相连，直接驱动车轮，内外电机绕组分别与相应驱动器相接，实现电机功率流控制。通过控制两驱动器工作模式，可以实现功率流在发动机、内电机、外电机及电池之间相互转换流动，以满足混合动力汽车不同工况下对混合动力系统的要求。因此，此混合动力系统可以使发动机在任何路况下都能工作在最佳燃油经济区，实现高效率、低消耗、低排放策略。如图2所示，混合动力系统中发动机输入机械能需通过内电机电磁能Pe1及外电机电磁能Pe2过渡最终转换成机械能Pout通过中间转子轴输出，则