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定子永磁式双转子电机设计与实验研究摘要：传统的驱动汽车的内燃机优化效率较低，只有30%~40%左右，可以在非常窄的速度-扭矩范围内获得，因此汽车在不同工况下的平均效率较低。
为了实现内燃机在不同工况下都能运行于最优效率，提高燃油经济性，专家提出了不同结构的双转子电机，以应用于混合动力汽车驱动系统。
其原理是通过两个可变速和变转矩的转子，将内燃机和电动机两种功率流实现合理的耦合及分配，满足不同工况负载要求的同时使内燃机始终工作在最优效率点。
双转子电机可代替传统汽车中的离合器、变速箱、差速器、起动电机和发电机，不仅节约了空间，而且功率密度和能量传输效率也得到很大提升。
关键词：永磁磁通切换电机；双转子电机设计；混合动力汽车；电磁性能；提出一种应用于混合动力汽车驱动系统的新型定子永磁式双转子电机，即将双转子电机概念与永磁磁通切换电机相结合，以获得高转矩密度、低转矩脉动及高功率密度，满足混合动力系统对于小型轻量化及平稳运行的需求。
一、概述双转子电机最早由1935年提出采用同心布置的两台直流电机及串级调速方法以提高效率。
荷兰代尔芙特理工大学的教授提出了基于改进的感应电机串级调速的电气变速器（EVT）的概念，瑞典皇家理工学院的Chandur Sadarangani教授提出了中间转子为双面永磁结构的四象限机电能量转换器（Four Quadrant Transducer，4QT）。
其中四端口能量变换装置（4QT）由于采用永磁材料而拥有较高功率密度和高效率，然而其中间转子结构复杂，内外侧永磁体的安装和固定存在难度，且内外电机磁场耦合程度较高。
另一种开关磁阻双转子电机结构是基于最小磁阻原理的四端口机电能量变换器，结构简单，且中间转子无永磁体无绕组，允许有较高温升，起动转矩大，低速性能较好，调速范围宽，然而其转矩脉动较大，其转矩密度及功率密度相对采用永磁体材料的4QT较低。
二、电机拓扑结构及系统工作原理1.FSPM-DR电机拓扑结构。
混合励磁电机技术综述与发展展望一、本文概述随着能源危机和环境问题的日益突出，高效、环保的电机技术成为当前研究的热点。
混合励磁电机作为一种新型电机，结合了传统电励磁电机和永磁电机的优点，具有高效、高功率密度和良好的调速性能，因此在电动汽车、风力发电、工业驱动等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在对混合励磁电机技术进行综述，分析其发展现状、基本原理、结构特点、控制策略以及应用领域，并展望其未来的发展趋势。
通过深入研究混合励磁电机技术，有助于推动电机技术的创新与发展，为实现绿色、可持续的能源利用提供理论支持和实践指导。
二、混合励磁电机的基本原理与特点混合励磁电机是一种结合了电励磁和永磁励磁的电机，其基本原理在于通过同时利用电励磁和永磁励磁产生的磁场，以实现电机性能的优化和提升。
在混合励磁电机中，永磁体提供了基础磁场，而电励磁部分则用于调节和增强磁场，以满足电机在不同运行条件下的需求。
高效率：由于永磁体的存在，混合励磁电机在运行时可以产生较强的磁场，从而提高电机的效率。
同时，通过电励磁的调节，可以进一步优化电机的运行效率。
良好的调速性能：通过调节电励磁部分的电流，可以改变电机的磁场强度，从而实现电机的调速。
这种调速方式响应速度快，调节范围宽，使得混合励磁电机在需要频繁调速的应用中具有优势。
高功率密度：混合励磁电机结合了永磁电机和电励磁电机的优点，可以在保持较高效率的同时实现较高的功率密度，适用于对电机性能要求较高的场合。
良好的适应性：混合励磁电机可以通过调节电励磁部分的电流来适应不同的负载和运行条件，因此在一些负载变化较大的应用中具有较好的适应性。
混合励磁电机具有高效率、良好的调速性能、高功率密度和良好的适应性等特点，这些特点使得混合励磁电机在许多领域具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，混合励磁电机将在未来的电机技术发展中占据重要的地位。
三、混合励磁电机的关键技术混合励磁电机作为一种先进的电机技术，其设计和实现涉及多个关键技术。
水下航行器对转螺旋桨用双转子永磁推进电机研究水下航行器是一种能够在水中自主航行的机器人，有着广泛的应用领域。
在水下环境中，传统的燃油推进技术面临着许多问题，例如能源供应的限制、噪声污染、对水下生态的破坏等。
因此，如何开发高效、低噪声的水下航行器成为了水下技术研究的一大挑战。
转螺旋桨是一种高效的水下推进器，广泛应用于水下航行器、潜水器等领域。
在传统的转螺旋桨推进系统中，通常采用柴油发动机或燃气涡轮发动机作为动力源，用机械传动的方式将动力传递到螺旋桨上，推动水下航行器前进。
然而，这种传统的推进系统存在一些问题，例如噪声大、污染严重、耗能高等。
为了克服这些问题，研究者们开始尝试使用电动推进系统。
在电动推进系统中，通过电机将电能转化为动力，驱动转螺旋桨转动，从而推动水下航行器前进。
电动推进系统比传统的机械传动推进系统具有许多优点，例如启动快速、噪声低、环保等，因此在水下航行器领域受到了广泛关注。
双转子永磁推进电机是一种高效、低噪声的电动推进系统。
在这种电动推进系统中，通过使用两个转子和一个定子的结构，将电能转化为机械能。
转子上采用永磁材料，可在无需外部磁场的情况下产生磁通。
与传统感应电机相比，双转子永磁推进电机具有响应速度快、效率高、结构紧凑等优点。
同时，在使用这种电机时，也能够将其与转螺旋桨相结合，形成一种高效的、低噪声的水下推进系统。
使用双转子永磁推进电机作为水下航行器的推进系统，不仅可以实现高效的推进，同时也能够降低水下环境中的噪声污染，保护水下生态环境。
这种推进系统具有启动快速、响应速度快、维护成本低等优点，因此在水下航行器领域十分有前景。
总之，双转子永磁推进电机是一种高效、低噪声的水下推进系统，在水下航行器的开发中具有重要的应用价值。
未来，随着技术的不断发展，这种推进系统将会得到更广泛的应用，并成为水下技术研究的重要一环。
以下是关于转螺旋桨用双转子永磁推进电机的相关数据：1.效率：双转子永磁推进电机的效率高达95%以上，远高于传统的机械传动推进系统，大大降低了能源消耗并提高了推进效率。
2020/9/5P2混合动力系统方案及核心技术模块核心：混合动力，P2混合动力，通过道路连接，混合动力，减震器，起停系统1、概述变速系统开发人员目前关注的核心问题并非是在动力传动方面是否会有突破，而是突破会有多快以及具体形式。
动力总成有关的边界条件已经广为人知，而且在几乎所有关于传动系的出版物中均有介绍。
技术上可行方案得以实施的决定性标准是性价比，即终端用户需要为诸如混合动力、增程器、纯电动汽车等新技术所支付的费用与其通过减少CO2排放所获得的收益的对比。
众所周知的主要原因是电池的高额费用，因此电池价格和性能方面的进展将是未来决定传动系统电动化的决定性因素。
上述边界条件在汽车制造商传动系统技术路线选择上的影响已非常明显。
虽然不同厂家对各种技术的重视程度和时间表有一定差异，但几乎所公司的核心主题是一致的：首先，有必要对内燃机传动系统进行进一步优化。
对于变速箱系统，这意味着进一步提高效率、扭矩范围、档位数目以及由于无滑差平顺的驾驶感觉带来的更强减振能力。
起-停功能在几乎所有车型上都将成为标准配置。
随之而来的是电动汽车和增程式方向上插电式应用比例不断增加，使得混合度化不断加强。
2、弱混系统弱混系统，通常指电机功率在10-15 kw的混合动力系统，目前是节油效果和混合动力化之后成本增加之间的最佳平衡（节油潜力约为10%）。
通常，弱混合动力系统是将电机与曲轴直接连接，没有单独离合器（”P1混合动力模式”）；这种系统也意味着无法纯电动行驶。
起停模式也是弱混概念的重要组成部分，该系统也可适用于手动变速箱。
只有去掉离合器踏板并实现离合器的自动操作，弱混系统的运行才不会显著地受到驾驶员操作行为的影响。
为减少P1混合动力系统由于集成电机而2020/9/5P2混合动力系统方案及核心技术模块导致的驱动系统长度增加，双质量飞轮的减振器可以集成到电机转子中。
要在更小的有效半径内达到足够的弹簧减震容量，比如LuK系统使用了两个平行布置的圆柱弹簧，并且完全根据转子长度进行集成。
基于双转子电机的混合动力系统方案的
研究进展
摘要：混合动力系统中，双转子电机由于能量传输能量，其应用前景十分广阔。
基于此，本文就双转子电机混合动力系统方案展开研究，首先阐述了混合动力系统，其次对双转子电机进行详细分析，为后续研究提供参考。
关键词：双转子电机；混合动力系统；方案
新能源汽车技术重点在于纯电动、燃料电池，但是由于技术限制当前市场上的新能源汽车主要为油电混合动力汽车，技术也逐渐得到发展。
单当前，混合动力系统典型系统是丰田THS系统、通用AHS系统，其核心部件为动力耦合器中的行星齿轮变速器，其可以促使内燃机与电机实现速度、转矩耦合，优化发动机。
但是，需要定期维护行星齿轮结构。
一、混合动力系统概述
双转子电机混合动力系统中包括内燃机、双转子电机、变换其、能量存储装置等。
双转子电机中，内转子轴连接了内燃机，外转子轴连接了汽车驱动桥。
内转子轴设置了三相交流绕组，并连接着内电机交/直流变换其，定子上也设置了三相交流绕组，并连接着外电机交/直流变换器，而能量存储装置则分别连接着内外电机交/直流变换器[1]。
双转子电机类型不同，外转子轴上不仅设置了内外永磁体，同时也设置了内外三相交流绕组。
由双转子电机内转子输入发动机输出功率，由于双转子电机输入端功率分流，输入功率分成了两路，一路传输至输出端，另一路存储起来。
内外转子轴间转速只是对输入功率分配比例和大小产生影响，随意调节，这就表示发动机能够在任何转速下运行，使发动机转速和整车车速能够实现完全解耦。
由外转子输出双转子电机输出功率，由于能量存储功能，输出功率分别来自于输入功率和储能装置。
双转子电机输出端具有功率合流功能，通过对外气隙电磁转矩改变，进而使整车输出转矩改变，并保证发动机转矩不会发生变化，促使发动机转矩和整车转矩能够实现完全解耦。
根据上述分析，双转子电机混合动力系统中，储能装置对于系统功率分流具有重要意义。
传统汽车发动机是利用功率金相控制，随着整车需要功率，发动机输出功率具有正比例关系。
双转子电机系统中，整车需要的功率若是低于内燃机输出功率，超出的功率在存储装置中存储，可以防止功率浪费，若是高于内燃机输入功率，存储装置会补足所需功率，实现削峰填谷，保证内燃机能够在最佳效率点运行，见图1，B点为等效最佳工作点，在汽车运行工况处于A点时，根据转速转矩解耦功能在发动机处于B点时并不受汽车行驶工况，整车燃油更具有经济性。
图1 发动机最佳效率图
二、双转子电机分析
（一）结构拓扑
双转子电机可以分成有刷式、无刷式两种。
1.有刷式。
根据电机机理，有刷式可以分成感应式、永磁同步式、磁阻式。
（1）感应式是由荷兰代尔夫特科技大学在感应电机串级调速原理所提出的电气无级变速器，这种电机内转子、定子均为绕线式，外转子为双层独立鼠笼结构。
内转子绕组将内交/直流变换器连接存储装置，定子绕组将外交直流变换器连接村装置。
（2）永磁同步式是由瑞典皇家工学院提出的，其所一种四象限能量变换器，内部结构同上，外转子采用的是永磁体，内外电机均为同步电机。
这种结构的电机采用控制更为简单的矢量控制，永磁体可以改变充磁方向，进而改善磁场耦合问题。
而GI Oos等人通过研究提出更轻型磁性材料，例如碳纤维塑料等来取代铁芯，将磁滞、涡流损耗等消除[2]。
徐隆亚教授根据4QT研究提出双机械端口电机，其由于使用的是单层永磁体外转子结构，进而促使内外电机形成统一整体，二者具有较高的耦合度，但是由于该结构导致电机磁场呈现复杂性，控制难度提高。
为提高其性能，使其能够符合控制要求，我国改善了内部拓扑结构，例如庄兴明就提出了一种电机，这种电机与同一磁场双转子电机结构比较类似，其永磁体属于内外电机共用，但是在永磁体的布置存在不同之处。
范涛通过进行辐型磁钢双机器端口电机有限元仿真分析，外电机轴磁链削弱，内电机轴磁链反而会增加，对内外电机负轴电流进行控制，强化外内电机转矩输出能力，验证该电机具有更好的电磁耦合性以及系统效率。
Chandur Sadarangania教授通过分析4QT，利用内部永磁体布置对磁场分布进行优化，该项工作可以优化电机性能，也能够减轻控制困难度。
见图2。
图2 电机结构
（3）磁阻式。
崔淑梅教授提出的这种四端口机电能量变换器，外转子解耦股为内外双凸极，这种结构的跟可靠，恒功率区域也更宽，但是其会导致外转子轭部容易饱和，电机磁路处于高饱和状态中。
2.无刷式。
根据现有资料，无刷式分为电磁机构式、爪极式、磁场调制式。
（1）电磁机构式。
黄胜华教授提出了无刷双馈双机械端口电机，其可以利用磁场实现转差功率回馈，同时让内外转子间允许转速差，这就表示其在低速大转矩混合动力汽车中更适合应用，并对其提出了三种布置方案。
（2）爪极式。
郑萍教授提出了无刷爪极双转子电机，同时建立了数学模型，对电机磁通密度和转机特性、损耗等进行分析，并验证可行性。
（3）磁场调制式。
郑萍教授提出轴向磁场调制无刷双转子电机，同时对电机内部连接、匹配情况进行分析。
该电机利用调制换转子谐波调制内外磁场，进行极对数匹配，其可以解决线圈过热问题以及碳刷滑环不稳定问题，而通过对调制环的电流频率进行调制，进而做到转速解耦。
（二）控制策略
1.底层控制。
双转子电机实质上仍然是电机，控制方法照旧，其控制方法主要为矢量、直接转矩以及磁弱控制。
控制双转子电机时，若是忽略了内外磁场耦合模型，电机电感参数和实际情况有较大差异，导致控制程序误差，对此需要注意内外电机线圈间互感性。
2.整车控制。
（1）模糊控制。
该控制方法分为三个模糊逻辑控制器，其可以在整车功率需求满足基础上可以对电池SOC值处于合理控制区间内。
（2）动态规划。
根据动态规划算法提出控制策略，采取逆序递推算法可得最低油耗，但是为保证控制策略可行，动态规划可以在确定瞬时发动机工作点上应用，改进之后能够优化系统效率，且计算量比较小，具有较好的应用效果。
（三）冷却系统
1.油冷却。
黄苏融提出了新型油冷结构，该系统的应用能够使内转子温度下降，高系统整体运行效率。
2.风冷却。
孙西凯提出了双层封口冷却系统，其是在内转子中设置了主通风口和辅通风口，这两个通风口合作散热可以让内转子的温度降低。
3.混合冷却。
郑萍教授提出这种风冷和水冷结合的混合冷却系统，其中水冷系统可以降低外定子绕组温度，风冷系统可以降低内转子温度。
优化原冷却系统，将外定子上风冷通道取消，同时使水冷通道横截面的形状变化，减少其数量，提高系统散热性。
结束语：
综上，新能源汽车中，双转子电机应用前景广阔，但是当前研究并未形成完整体系，无法满足实际应用。
此外，由于双转子电机的能量流向更灵活，在汽车行驶工况中应用更合适，也是未来研究重点方向。
参考文献：
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[2]孙建华.混合动力汽车用双转子电机的设计与性能分析[J].电机与控制应用,2014,41(4):57-57.
[3]罗玉涛,周斯加,赵克刚,等.电磁耦合无级变速传动系统[J].机械工程学报,2006,(8).35-39.doi:10.3321/j.issn:0577-6686.2006.08.005.
[4]程远.基于四端口机电能量变换器的混合动力系统的研究[D].哈尔滨工业大学,2009.1-115.。
