何仁 楊祺

（江蘇大學，鎮(zhèn)江 212003）

基于雙轉子電機的混合動力系統(tǒng)方案的研究進展＊

何仁 楊祺

（江蘇大學，鎮(zhèn)江 212003）

雙轉子電機因其靈活的能量傳遞特性，在混合動力系統(tǒng)上具有廣闊的應用前景。介紹了雙轉子電機混合動力系統(tǒng)的結構和工作原理，根據國內外研究現狀，對比分析了不同拓撲結構下的電機性能差異和特點，闡述了電機底層和整車控制策略，以及冷卻系統(tǒng)設計相關研究成果。通過歸納現階段雙轉子電機面臨的技術難點，提出了今后的研究重點和發(fā)展方向。

1 前言

新能源汽車以其節(jié)能、低碳、環(huán)保的特性持續(xù)受到世界各國廣泛關注。新能源汽車主要技術發(fā)展方向為純電動和燃料電池兩方面，但基于現有技術限制，油電結合的混合動力汽車作為過渡產品得到了很大的發(fā)展。目前為止，世界各大汽車制造商包括豐田、通用、福特等在混合動力方面的技術逐漸完善和成熟并實現了產業(yè)化?，F階段混合動力系統(tǒng)以豐田THS系統(tǒng)和通用AHS系統(tǒng)最為典型，它們的核心部件主要是作為動力耦合器的行星齒輪變速器，該機構能夠實現內燃機和電機之間的速度耦合、轉矩耦合，優(yōu)化發(fā)動機工作區(qū)間。但該系統(tǒng)的行星齒輪結構為純機械裝置，不可避免地存在噪聲、磨損、振動等方面的不足，并且需要定期進行維護，使用成本高[1]。

近年來，荷蘭國家應用科學研究院的Hoeijmakers教授提出了一種基于電磁能量轉換原理的雙轉子電機。雙轉子電機作為動力耦合器用于混合動力汽車不僅取代了行星齒輪變速器，而且去除了電動機、發(fā)電機、離合器等部件，大大減輕了整車質量，不僅節(jié)約了空間，而且整車功率密度和能量傳輸效率得到很大提升。

本文將針對現階段國內外雙轉子電機研究進展，分析雙轉子電機現階段面臨的技術難點和亟待解決的關鍵問題，為以后進行相關研究提供借鑒。

2 雙轉子電機混合動力系統(tǒng)基本原理

雙轉子電機混合動力系統(tǒng)由內燃機、雙轉子電機、交/直流變換器、能量儲存裝置等組成，其基本結構和功率流向如圖1所示。雙轉子電機包括內轉子軸和外轉子軸，其中內轉子軸與內燃機連接，外轉子軸與汽車的驅動橋連接。內轉子軸上布置三相交流繞組并與內電機交/直流變換器相連，定子上同樣布置三相交流繞組并與外電機交/直流變換器相連，能量儲存裝置分別與內外電機交/直流變換器相連。根據雙轉子電機種類不同，外轉子軸上既可以布置內外永磁體，也可以布置內外三相交流繞組。

圖1 雙轉子電機混合動力系統(tǒng)示意

圖1中，PICE為發(fā)動機輸出功率；Pm1為內轉子功率；Pe1為內轉子繞組中的轉差功率，即內外轉差產生的電功率；Pe2為外轉子受到的電功率；Pd為通過磁場直接傳遞到外轉子上的功率；Pm2為外轉子功率；Pbattery為儲能裝置功率；Pout為雙轉子電機輸出功率；TICE為發(fā)動機機械轉矩；Tm1為內轉子機械轉矩；Tm2為外轉子機械轉矩；Tf1為內轉子通過氣隙傳遞的電磁轉矩；Tf2為外轉子通過氣隙傳遞的電磁轉矩；Tout為雙轉子電機輸出轉矩；ωICE為發(fā)動機轉速；ωm1為內轉子旋轉速度；ωm2為外轉子旋轉速度；ωout為雙轉子電機輸出轉速。為了方便分析，忽略系統(tǒng)中的功率損耗。

發(fā)動機輸出功率從雙轉子電機內轉子輸入，因為雙轉子電機輸入端的功率分流作用，輸入功率分兩路傳遞，一路經內轉子、內氣隙、外轉子直接傳遞到輸出端，一路經內轉子、電刷滑環(huán)、交/直流變換器、儲能裝置儲存起來，Pd和Pbattery計算式分別為：

由式（1）和式（2）可知，內轉子軸與外轉子軸之間的轉速差僅影響輸入功率分配比例且大小可以任意調節(jié)，這意味著發(fā)動機可以運行在任何轉速而不受整車車速限制，即實現發(fā)動機轉速與整車車速的完全解耦。

雙轉子電機輸出功率從外轉子輸出，因為儲能裝置的存在，該輸出功率由兩部分組成，一部分直接來自輸入功率，通過內氣隙磁場傳遞輸入，另一部分來自儲能裝置，通過交/直流變換器、定子、外氣隙磁場傳遞輸入。

雙轉子電機輸出功率Pout計算式為：

由式（3）可知，雙轉子電機輸出端存在功率合流作用，因此其輸出端的轉矩除了通過內氣隙磁場直接傳遞的發(fā)動機轉矩，還有儲能裝置通過外氣隙磁場產生的電磁轉矩,這樣通過改變外氣隙的電磁轉矩可以實現整車輸出轉矩變化而保持發(fā)動機轉矩不變，即實現發(fā)動機轉矩與整車轉矩的完全解耦。由此可得雙轉子電機輸出轉矩計算式為：

由上述可知，雙轉子電機混合動力系統(tǒng)的儲能裝置在系統(tǒng)功率分流中起到重要作用。傳統(tǒng)汽車發(fā)動機主要采用功率跟隨控制，發(fā)動機輸出功率跟隨整車所需功率呈正比變化，如果發(fā)動機采用最佳效率點控制策略，會面臨某工況輸出功率過多或不足的情況。在雙轉子電機系統(tǒng)中，當整車所需功率小于內燃機輸入功率時，多余的功率可以儲存到儲能裝置中，避免了多余功率的浪費；當系統(tǒng)輸出端所需功率大于內燃機輸入功率時，不足的功率可以由儲能裝置補足，實現對整車需求功率的削峰填谷，確保內燃機有更多的機會運行在最佳效率點附近，其最佳效率曲線如圖2所示[2]。同時該曲線上還存在一個等效最佳工作點B，當汽車的實際運行工況在圖2所示的工作點A時，利用雙轉子電機的轉速轉矩解耦功能，發(fā)動機能夠運行在最佳工作點B而不受汽車行駛工況影響，從而提高整車的燃油經濟性。

圖2 發(fā)動機最佳效率曲線

3 雙轉子電機結構拓撲

雙轉子電機基于內部電機結構和磁場分布存在不同的類別，但其原理基本相同。按照是否使用碳刷和滑環(huán)，可以將其分為有刷式和無刷式兩大類。

3.1 有刷式

按照內部電機機理的不同，可以將有刷雙轉子電機分為感應式、永磁同步式和磁阻式3種。

3.1.1 感應式

荷蘭國家應用科學研究院和荷蘭代爾夫特科技大學的Hoeijmakers教授[3，4]基于感應電機的串級調速原理提出電氣無級變速器EVT。Hoeijmakers教授將兩個鼠籠型感應電機同心布置，內轉子和定子都采用繞線式，外轉子采用雙層的獨立鼠籠結構，這樣繞線式內轉子和外轉子的內鼠籠構成內感應電機，繞線式定子和外轉子的外鼠籠構成外感應電機。內轉子繞組通過內交/直流變換器與儲能裝置相連，定子繞組同樣通過外交/直流變換器與儲能裝置相連，因此從內轉子輸入的功率能夠在內電機、外電機和儲能裝置之間流動。

3.1.2 永磁式

瑞典皇家工學院的Chandur Sadarangani教授[5]提出了四象限能量變換器4QT，其內部結構基本與EVT相同，只是外轉子不再采用鼠籠結構，取而代之的是在內外側貼有永磁體，這樣內外電機都是同步電機。與EVT相比，采用矢量控制的4QT控制更簡單，同時4QT永磁體通過改變充磁方向可以有效改善內外電機磁場耦合現象。斯坦陵布什大學的GI Oosthuizen等人[6]通過一種極間方位導向磁鐵實現無鐵芯磁導通，因此可以采用更輕的磁性材料，如鋁或碳纖維塑料來替代鐵芯，消除了永磁式雙轉子電機中與鐵芯相關的磁滯和渦流損耗。美國俄亥俄州立大學徐隆亞教授基于4QT的研究成果，采用外轉子單層永磁體結構，提出了雙機械端口電機DMP，DMP因為采用單層永磁體的外轉子結構使得內外電機成為一個整體，兩者的耦合度更高，但也正因為這個結構使得DMP的磁場更加復雜非線性，增大了對其控制的難度[7]。DMP的磁場分布如圖3所示。

圖3 雙機械端口電機磁場分布

為提高永磁式DRM性能并滿足控制需求，我國學者對其內部拓撲結構進行了進一步改善。中國科學院電工研究所的莊興明[8]提出了一種輻型磁鋼雙機械端口電機，該電機類似于同一磁場雙轉子電機，其外轉子上的永磁體是內外電機共用的，不同之處在于永磁體呈輻型布置，具體結構如圖4所示。

中國科學院微電子研究所的范濤[9]通過對輻型磁鋼雙機械端口電機進行有限元仿真分析發(fā)現，外電機d軸磁鏈的減弱可以反增內電機的d軸磁鏈，通過控制內外電機的負d軸電流可以有效增強外內電機的轉矩輸出能力，驗證了該輻型磁鋼雙機械端口電機具有良好的電磁耦合特性和系統(tǒng)效率。哈爾濱工業(yè)大學的鄭萍教授與瑞典皇家工學院的Chandur Sadarangani教授[10，11]合作對4QT進行了磁場耦合分析，通過改變內部永磁體布置優(yōu)化了磁場分布，提高了電機性能并且降低了電機控制難度，鄭萍教授將其命名為復合結構永磁同步電機，并基于不同方向的磁場提出了6種典型的拓撲方案，對不同的方案進行了初步的理論研究，分析了各種方案的優(yōu)勢，并研制了相關樣機[12,13]。

圖4 輻型磁鋼雙機械端口電機結構

3.1.3 磁阻式

哈爾濱工業(yè)大學的崔淑梅教授[14]基于開關磁阻電機原理提出了開關磁阻式四端口機電能量變換器。該結構外轉子采用內外雙凸極結構，與其它結構相比具有更高的可靠性、較寬的恒功率區(qū)和調速范圍。但該結構會引起其外轉子軛部易飽和，并且電機本身磁路也處于高度飽和狀態(tài)[15]。江蘇大學的全力教授[16]提出了一種雙轉子雙凸極永磁電機，該結構的中間轉子類似于磁阻式電機結構，因為其簡單的結構，不僅有高的機械魯棒性，也可以有效地避免冷卻問題。

由上述可知，目前國內外關于雙轉子電機結構的研究主要集中在對永磁同步式結構的改進，主要方式是通過改變永磁體排列布置來優(yōu)化電機內部磁場分布以進一步提高電機性能。

3.2 無刷式

為了保證雙轉子電機的更優(yōu)性能，越來越多的學者和研究機構將重點集中在雙轉子電機的無刷化。根據現有文獻，目前雙轉子電機無刷化研究主要分為兩類：一類在不改變原有結構基礎上采用第3套電磁機構替換集電環(huán)；另一類采用新型結構以實現無刷化。

3.2.1 電磁機構式

華中科技大學的黃聲華教授[17]參考變速恒頻發(fā)電用無刷雙饋電機結構，用一套與原轉子繞組反相序相連的轉子繞組和一套與之相對應的獨立定子繞組替代集電環(huán)，提出一種無刷雙饋雙機械端口電機，如圖5所示。該結構能夠利用磁場完成轉差功率的回饋，并且允許內外轉子之間有很大的轉速差，這意味著它更適用于低速大轉矩的混合動力汽車工作環(huán)境。黃聲華教授[18,19]提出了3種不同的結構布置方案，分析了各方案的原理，并基于仿真驗證了它們的可行性。

圖5 無刷雙饋雙機械端口電機結構

華南理工大學的羅玉濤與廣州汽車集團的黃向東[20,21]提出用6組互感式非接觸集流器替代集電環(huán)電磁耦合無級變速器，如圖6所示。該系統(tǒng)將電磁滑差耦合式機械傳動與級聯式電傳動相結合，采用非接觸旋轉輸電以實現功率分匯，并且通過將變頻和調磁相結合來進行調速,使得系統(tǒng)在某個常規(guī)調速范圍內保持更高的效率，因此該系統(tǒng)的結構拓撲更加緊湊、調控性能更加優(yōu)良、運轉更加可靠[22]。他們建立了樣機有限元模型和數學模型并進行系統(tǒng)建模仿真，分析了EMCVT的功率流向，同時對氣隙磁密、反電勢等參數進行了仿真分析[23]。

圖6 電磁耦合無級變速器結構

3.2.2 爪極式

哈爾濱工業(yè)大學的鄭萍教授[24]提出了一種無刷爪極雙轉子電機，并建立基于邊界轉速轉矩特性的數學模型，通過分析電機的磁通密度、轉矩特性和損耗等驗證了其可行性。該種結構因為不存在端部繞組，有著更高的槽滿率和更低的銅損，并且各相軸向布置互相分離，意味著電機設計的容錯率更高。具體結構如圖7所示。

3.2.3 磁場調制式

哈爾濱工業(yè)大學的鄭萍教授[25]基于磁場調制原理提出了一種軸向磁場調制無刷雙轉子電機，并分析了電機的內部連接方式和匹配關系。該磁場調制無刷雙轉子電機通過調制環(huán)轉子對內外磁場進行諧波調制，實現調制磁場的極對數匹配，其剖面如圖8所示。圖8中，TPM為永磁轉子轉矩；Tm為調制環(huán)轉子轉矩；Ts為第一定子磁場電磁轉矩。

圖7 無刷爪極式雙轉子電機三維圖

圖8 軸向磁場調制無刷雙轉子電機剖面圖

磁場調制無刷雙轉子電機有效地解決了線圈過熱和碳刷滑環(huán)不利于穩(wěn)定性的問題，同時因為更適用于正弦電流驅動，它的轉矩波動也更小，通過調節(jié)調制環(huán)的電流頻率能夠有效地實現轉速解耦，但轉矩并不能實現完全解耦控制而是以一定的比率傳遞。鄭萍教授[26]提出了該種電機的6種拓撲結構，并著重分析了徑向磁場調制型的結構和內部原理，采用有限元方法分析電機內外磁場，并基于功率因數從永磁體極對數與磁塊數匹配、矢跨比、磁塊徑向厚度和空氣氣隙長度等方面對電機進行優(yōu)化。香港理工大學的傅為農教授[27]同樣基于磁場調制原理提出雙定子雙轉子無刷電力無級變速器，但該結構的內外定轉子集成在同一徑向，因此結構更加緊湊，如圖9所示。針對該結構內外定轉子高度集成，不可避免存在磁場耦合，對兩組定子無法簡單地獨立控制。傅為農教授[28]將軸向和徑向兩種磁通結構集成在一起，通過軸向磁路上的磁齒輪效應以及磁場集中作用在軸向和徑向方向上，有效地簡化控制并改善轉矩輸出特性，并且采用了雙外定子結構得到了更高的轉矩密度。

綜上所述，目前國內外基于不同電機機理提出了各種形式的雙轉子電機。因為雙轉子電機內外磁場耦合導致內部磁場分布復雜，為了避免可能帶來的扭矩波動、損耗高和控制困難等問題，大部分研究集中在通過改變永磁體布置來改善磁場分布，實現電機性能優(yōu)化。同時，考慮到汽車對高可靠性的要求，雙轉子電機無刷化已成為一種趨勢，目前的解決方案主要分為兩大類，一類是采用第3套電磁機構替代集電環(huán)，另一類從電機基本原理上避免集電環(huán)的存在。

圖9 雙定子雙轉子無刷電力無級變速器結構

4 控制策略

4.1 底層控制

雙轉子電機雖然具有內外電機集成的特殊結構，但其本質仍然是電機，傳統(tǒng)電機的控制方法仍然適用于雙轉子電機。目前為止，最常用于雙轉子電機的控制策略仍以矢量控制、直接轉矩控制和弱磁控制為主。

對雙轉子電機控制時，如果采用忽略內外磁場耦合的模型，則電機電感參數與實際會有很大差異，這將引起控制誤差，因此必須考慮內外電機線圈之間產生的互感。華中科技大學的龐珽[29]建立了雙轉子電機同步坐標系，基于該坐標系建立了雙轉子電機耦合數學模型，并且根據雙轉子電機在不同工況下的運行需求提出了轉速-轉速和轉矩-轉速兩種電機控制模式。里爾第一大學等人[30]基于能量宏觀表示法EMR對雙轉子電機系統(tǒng)進行建模，根據系統(tǒng)的能量流動特點建立3條控制鏈以實現系統(tǒng)控制目標?；贓MR模型，他們提出了轉矩協(xié)調控制策略，有效地減少了負載轉矩變化時內燃機遲滯效應帶來的系統(tǒng)轉矩波動和動態(tài)性能變差，并利用直軸電樞反應使電機氣隙磁場減弱，實現了雙轉子電機的弱磁控制[31,32]。因為傳統(tǒng)矢量控制采用id=0的控制方法，沒有充分利用電機的磁阻轉矩，導致電機效率低下，大不里士大學的Afsharirad H等人[33]針對這一問題將每安培最大轉矩控制加入到矢量控制中，仿真結果表明，相比以前的方案，該控制方法有效降低了線圈電阻損耗，提升了電機效率。

文獻[34]單獨分析雙轉子電機的巡航工況，提出基于三相半控整流電路的功率直接控制策略。該控制策略可以合理分配內外電機傳遞回直流母線的能量，實現無等效參數的電池回流能量控制，并且保持發(fā)動機工作在高效率曲線的同時滿足工況需求。北京理工大學莊興明等人[7]分析了采用直接轉矩控制方法的條件，用空間矢量調制直接轉矩控制方法實現輻型磁鋼雙機械端口電機的解耦控制，使內、外電機能各自獨立控制轉矩且相互影響很小。

4.2 整車控制

目前雙轉子電機的整車控制策略以發(fā)動機最佳效率工作曲線控制策略為基礎。在該控制下發(fā)動機輸出功率隨負載變化而變化，并且發(fā)動機工作點始終在最佳效率曲線上變化。為了更加合理協(xié)調發(fā)動機、雙轉子電機、動力電池等部件能量分配，最優(yōu)控制被應用于雙轉子電機整車控制中以實現基于汽車行駛工況下的系統(tǒng)效率最優(yōu)。

4.2.1 模糊控制

哈爾濱工業(yè)大學的Abdelsalam Ahmed Abdelsalam[35]提出了雙轉子電機混合動力系統(tǒng)的模糊邏輯全局功率管理策略。該控制策略包含3個模糊邏輯控制器：第1個主要用于控制內燃機使其運行在最高效率工作曲線；第2個用于優(yōu)化摩擦制動與再生能量制動之間的制動能量分配；第3個是開/關模糊邏輯控制器，主要用于雙轉子內外電機整車轉矩和其它能量分配。該控制策略在滿足整車功率需求的情況下，能夠有效地控制電池SOC值在合理范圍內。圖10為雙轉子電機混合動力系統(tǒng)模糊邏輯全局功率管理策略。圖10中，U1為內電機輸入電壓；U2為外電機輸入電壓；Pbat為電池功率；m1內電機逆變器控制信號；m2外電機逆變器控制信號；T1_ref為內電機參考轉矩；T2_ref為外電機參考轉矩；Kd為再生分布因子；Ttot_ref為再生制動參考轉矩。

圖10 雙轉子電機混合動力系統(tǒng)模糊邏輯全局功率管理策略

4.2.2 動態(tài)規(guī)劃

哈爾濱工業(yè)大學的程遠[36]在動態(tài)規(guī)劃算法的基礎上提出了雙轉子電機混合動力系統(tǒng)全局優(yōu)化控制策略，該全局優(yōu)化控制策略利用逆序遞推算法逆向求取最低油耗。但考慮到動態(tài)規(guī)劃算法需要預知路況情況，實際應用存在難度，為了提高控制策略的可行性，將其用于瞬時發(fā)動機工作點確定，改進后基于瞬態(tài)的雙轉子電機混合動力系統(tǒng)全局優(yōu)化控制策略在兼顧系統(tǒng)效率優(yōu)化的同時計算量較小，實際應用情況較好。

綜上所述，對雙轉子電機的控制仍然采用內外電機分別控制，為了避免磁場耦合帶來的控制偏差，建立基于磁場耦合數學模型的雙轉子電機解耦控制尤為重要，但目前大多數研究主要集中在優(yōu)化單個電機控制策略，沒有考慮磁場耦合帶來的影響，缺乏整體性。而基于雙轉子電機的整車控制策略主要以發(fā)動機最佳效率工作曲線控制策略為基礎，通過模糊控制、動態(tài)規(guī)劃等最優(yōu)策略合理分配發(fā)動機、雙轉子電機、儲能裝置等部件之間的功率流向，最終實現整車全局能量分配最優(yōu)。

5 冷卻系統(tǒng)

雙轉子電機因為其高度集成的結構，其內轉子散熱問題嚴重，過高的溫度會造成永磁體消磁。與傳統(tǒng)電機結構相比，雙轉子電機內轉子插槽更深，這也導致更多的銅損，因此雙轉子電機的冷卻要求更高，普通電機的冷卻系統(tǒng)無法滿足其要求。

5.1 油冷卻

上海大學的黃蘇融教授[37]提出一種全新的油冷結構，冷卻液流通路徑如圖11所示。通過對溫度場仿真及試驗測試表明，該油冷卻系統(tǒng)可大大降低內轉子溫度并提高整個系統(tǒng)的效率。

5.2 風冷卻

為了避免風冷冷卻量不足的問題，東南大學的孫西凱[38]提出一種雙層通風口結構的冷卻系統(tǒng)，如圖12所示。在內轉子內部除了存在主通風口，在內轉子齒中心還增加了輔助通風口，通過兩個通風口的聯合散熱有效降低內轉子溫度。通過有限元仿真分析驗證了采用輔助通風口結構的內轉子溫度能得到有效的降低。

5.3 混合冷卻

為了進一步提高冷卻效果，哈爾濱工業(yè)大學的鄭萍教授[39]提出了混合冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)采用風冷和水冷相結合的結構，如圖13a所示。但根據二維有限元熱模型仿真結果發(fā)現，外定子繞組降溫主要依靠水冷系統(tǒng)而內轉子降溫主要依靠強制風冷系統(tǒng)，同時外定子上的風冷通道對外定子的綜合冷卻效率無益。因此對原有冷卻系統(tǒng)進行了改進，取消了外定子上的風冷通道，并改變了水冷通道的橫截面形狀，將數量減少至12個，如圖13b所示，結果表明，改進的冷卻系統(tǒng)具有更好的散熱性能。

圖12 內轉子雙層通風口結構的冷卻系統(tǒng)

圖13 改進前、后雙轉子電機混合冷卻系統(tǒng)

目前對雙轉子電機冷卻系統(tǒng)研究較少，雖然基于風冷、油冷以及混合冷卻等方案被提出，但結構都過于復雜，并不利于雙轉子電機整體可靠性。

6 雙轉子電機技術難點分析

6.1 電機參數優(yōu)化

雙轉子電機存在功率密度較低、轉矩波動較大、低速轉矩不夠大、弱磁升速能力差等問題，為此需對電機定轉子結構、極對數、氣隙長度、主要尺寸比等參數進行優(yōu)化。雙轉子電機作為動力耦合裝置應用于汽車，必然要求其具有較寬的調速能力,同時考慮汽車復雜的行駛工況，為了滿足汽車的功率和調速需求，雙轉子電機的功率參數往往選取過大，這不僅增加了電機的尺寸，也不利于電機工作在高效率區(qū)。為了有效改善雙轉子電機的工作區(qū)間，優(yōu)化電機參數，可以通過將齒輪變速器或行星齒輪機構組與雙轉子電機相結合的方式來實現整車參數最優(yōu)匹配。

6.2 冷卻系統(tǒng)設計

電機的發(fā)熱和冷卻問題極大地影響了電機的壽命、可靠性和整體性能，過高的溫度會直接影響電機的輸出轉矩。雙轉子電機的內轉子因為其密閉的工作環(huán)境，比一般電機對冷卻系統(tǒng)的要求更高，雖然油冷方案效果較好，但其對密封性要求苛刻，不僅增加了電機的成本，也降低了安全性。相比傳統(tǒng)風冷方案，改進后的風冷方案和混合冷卻方案散熱效果仍然一般，并且結構過于復雜。一種簡單、低成本、高效能的冷卻系統(tǒng)仍未提出。

6.3 磁場耦合分析與解耦控制

雙轉子電機的徑向拓撲結構決定了內部必然存在復雜的電磁耦合現象，這大大增加了對雙轉子電機的控制難度。為了能夠實現對雙轉子電機的精確控制，一些學者從電機本身結構入手，提出分體式結構和異向磁路的雙轉子電機，前者避免了內外磁場的耦合，但加大了電機的整體布置空間，后者通過改變轉子結構布置以改變內外磁路方向降低了磁場耦合，但加大了電機內部結構的復雜度，不利于提高電機可靠性和降低成本。同時，基于變參數模型、電壓或轉矩等的解耦控制被提出，但這些控制是基于忽略某些復雜變參數的簡化模型上得來的，控制存在誤差，不能完全滿足精確控制要求。

6.4 無刷化

雙轉子電機的無刷化研究近年來成為研究熱點，特別是國內學者基于不同原理提出了不同的無刷結構。但這些結構主要思想是采用第3套電磁機構去替代內轉子上的電刷滑環(huán)組成的接觸式集電環(huán)，雖然避免了集電環(huán)帶來的弊端，但它們卻也存在著不足：結構比以前更加復雜，不利于電機的可靠性；能量轉換效率較集電環(huán)低，造成更多能量的損失；電磁機構的體積和質量比集電環(huán)有所增大，導致整個系統(tǒng)功率密度降低[4]。

7 結論及展望

雙轉子電機因為其優(yōu)異的性能在汽車領域有著廣闊的應用前景。目前全世界對雙轉子電機的研究主要集中在將其作為動力耦合裝置應用于混合動力汽車，但研究仍處于初級階段，完整的研究體系還未形成，試驗研制的樣機性能較差并不能滿足實際應用。除此之外，因為雙轉子電機的特殊雙機械輸出結構比傳統(tǒng)電機擁有更靈活的能量流向，更適應汽車復雜多變的行駛工況，將雙轉子電機作為動力源或輪轂電機應用于純電動汽車將會具有很大的潛力。綜合現階段雙轉子電機面臨的技術難點，可以得出今后研究重點和發(fā)展方向。

a.電機本體優(yōu)化設計研究。內外電機徑向集成結構加大了雙轉子電機內部復雜度，同時導致內部散熱困難，針對定轉子結構、極對數、氣隙長度、主要尺寸比等參數優(yōu)化變得尤為重要。

b.解耦控制研究。內外磁場耦合造成電機電磁轉矩不能單獨控制，增大了控制的難度。為了建立基于坐標變換的解耦控制，需要重點研究準確辨識電機參數的方法，包括雙轉子轉差測量傳感器的研發(fā)。

c.無刷化研究。為了提高電機可靠性，增加使用壽命，必須避免集電環(huán)的使用。雖然目前存在各種第三套電磁機構替代方案，但結構都過于復雜并不利于電機整體性能。

1 趙靜.混合動力車用軸向—軸向磁通復合結構永磁同步電機的研究：[學位論文].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2010.

2 陳驍.混合動力汽車用無刷電無級變速器及其控制系統(tǒng)研究：[學位論文].武漢：華中科技大學,2012.

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（責任編輯 文 楫）

修改稿收到日期為2016年8月30日。

Research Progress of Hybrid Power System Based on Dual-rotor Motor

He Ren,Yang Qi

（Jiangsu University,Zhenjiang 212013）

Dual-rotor motor can be widely used in hybrid system for its flexible energy transfer characteristics.In this paper,the structure and working principle of the dual-rotor motor hybrid system was introduced.According to present situation of research both in China and abroad,we compared and analyzed the advantages and disadvantages of the dualrotor motor with different topological structures and introduced the control strategy of motor and vehicle and relevant research achievement of the cooling system design.By summing up the technical difficulties faced for the dual-rotor motor at present stage,we proposed the focus of research and development trend in the future.

Hybrid system,Dualrotor motor,Performance

混合動力系統(tǒng) 雙轉子電機 性能

U469.72

A

1000-3703（2017）01-0012-08

江蘇省高校自然科學研究重大項目（13KJA580001）。