電磁耦合無級變速器混合勵磁特性研究
羅王濤，談新志
(華南理工大學(xué)，廣東廣州510640)
摘要：電磁耦合無級變速器(EMCVT)的磁場由兩部分組成，即由永磁極產(chǎn)生的恒定磁場和由直流輔助勵磁線圈產(chǎn)生的可變磁場構(gòu)成混合勵磁。運(yùn)用三維有限元法分析了輔助勵磁的磁場特性，建立了輔助勵磁的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計了輔助勵磁模糊控制器。以發(fā)動機(jī)低油耗工作點(diǎn)為優(yōu)化目標(biāo)，建立了整車的控制仿真模型，并就指定發(fā)動機(jī)油門開度下的開環(huán)控制進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明：無論汽車是在起步、加速還是在遇阻力擾動過程中，EMCVT控制器均能
保證發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的良好跟蹤，與裝備五擋AT的常規(guī)汽車相比，裝備EMCVT整車的發(fā)動機(jī)能更接近工作于最小燃油消耗曲線上，發(fā)動機(jī)的工作效率明顯提高。
關(guān)鍵詞：電磁耦合；無級變速器；混合勵磁；勵磁特性
中圖分類號：TM341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)07—0004—05
0前言
基于雙轉(zhuǎn)型電機(jī)的電傳動在汽車上的應(yīng)用研究越來越受到重視[1－7]。新型電磁耦合無級變速器(以下簡稱EMcVT)與其它機(jī)械一電力復(fù)合型無級變速裝置比較，****不同之處在于定子中嵌有直流勵磁線圈，該裝置能直接將永磁同步電動機(jī)模塊變成具有混合勵磁特性的永磁同步電動機(jī)模塊。
1 EMCVT結(jié)構(gòu)及原理
如圖1所示，EMcVT主要由附加直流勵磁線圈、嵌有交流繞組的內(nèi)轉(zhuǎn)子、永磁杯形外轉(zhuǎn)子、定子和變流裝置等構(gòu)成[6]。內(nèi)轉(zhuǎn)子與外傳子構(gòu)成雙轉(zhuǎn)型永磁同步電動機(jī)(DRM)，外轉(zhuǎn)子與定子構(gòu)成單轉(zhuǎn)型永磁同步電動機(jī)(sRM)。永磁杯形外轉(zhuǎn)子的內(nèi)外表面由永磁體磁極及鐵磁極兩部分組成，永磁體磁極的充磁方式為徑向充磁，鐵磁極則為勵磁磁通提供低磁阻磁路。直流勵磁線圈安放在定子的一個環(huán)形槽內(nèi)并沿周向繞制，通過對調(diào)磁線圈的電流控制來調(diào)節(jié)永磁杯形外轉(zhuǎn)子的鐵磁極磁場，使sRM和DRM模塊成為混合勵磁型同步電動機(jī)。
示意圖。發(fā)動機(jī)(IcE)連接EMcVT系統(tǒng)的輸入軸，輸出軸通過驅(qū)動橋與驅(qū)動輪連接。施加于勵磁線圈的直流勵磁功率只占發(fā)電電功率的很小部分，改變勵磁電流的大小與極性，就可調(diào)節(jié)杯形外轉(zhuǎn)子的磁場強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速。
2混合勵磁特性
2.1輔助勵磁有限元分析
如前所述，EMcVT的杯形外轉(zhuǎn)子內(nèi)外表面的每極均由永磁體磁極和鐵磁極兩部分組成，鐵磁極磁通的方向和大小與勵磁線圈的方向和大小有關(guān)[8,9]，永磁極與鐵磁極產(chǎn)生的磁通在EMcvT的內(nèi)外氣隙中合成。下面以DRM和SRM模塊均采用8極48槽結(jié)構(gòu)的EMcVT為例進(jìn)行研究。
2.11直流勵磁電流為零時的磁通分布
此時EMCVT的空載氣隙磁場只由永磁體產(chǎn)生。圖3是EMCVT 1／4結(jié)構(gòu)的空間磁通分布圖。
由圖3可以看出，SRM和DRN[模塊都處于空載狀態(tài)，氣隙磁通全部由杯形外轉(zhuǎn)子的永磁體產(chǎn)生，磁通經(jīng)由外轉(zhuǎn)子的外表面永磁極一外氣隙一定子鐵心一外氣隙一外轉(zhuǎn)子外表面永磁極一外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面永磁極一內(nèi)氣隙一內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心一內(nèi)氣隙一外轉(zhuǎn)子內(nèi)表面永磁極而構(gòu)成閉合回路，其方向是從一端永磁極傾斜地進(jìn)入另一端永磁極。
2.1.2直流勵磁電流大于零時的磁通分布
當(dāng)直流勵磁電流大于零時，杯形外轉(zhuǎn)子的同一極端鐵磁極磁場方向與永磁體磁場方向相同。在SRM和DRM模塊都是空載狀態(tài)的情況下，設(shè)直流線圈通電安培匝數(shù)為500安·匝，此時將對EMCVT產(chǎn)生一定的增磁效果。圖4為增磁時EMCVT 1／4結(jié)構(gòu)的空間磁通分布。
直流勵磁電流大于零時，同一磁極端的鐵磁極磁場方向與永磁體相同，EMCVT的氣隙磁通將得到加強(qiáng)。直流增磁時在定子和內(nèi)轉(zhuǎn)子軛部的磁通呈垂直于軸向分布。
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