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)動機低油耗工作點為優(yōu)化目標，建立了整車的控制仿真模型，并就指定發(fā)動機油門開度下的開環(huán)控制進行了仿真。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)動機工作點的良好跟蹤，與裝備五擋AT的常規(guī)汽車相比，裝備EMCVT整車的發(fā)動機能更接近工作于最小燃油消耗曲線上，發(fā)動機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 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)07—0004—05
0前言
基于雙轉(zhuǎn)型電機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模塊變成具有混合勵磁特性的永磁同步電動機模塊。
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(DRM)，外轉(zhuǎn)子與定子構(gòu)成單轉(zhuǎn)型永磁同步電動機(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。
示意圖。發(fā)動機(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。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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