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基于对转双转子电机的电动汽车驱动特性研究 1 邓志君 华南理工大学汽车工程学院，广州（510641） E-mail ：no6759978@ 摘 要：研究分析了对转双转子电机的工作原理。以永磁同步对转双转子电机为例， 设计了永磁同步对转双转子电机以及基于它的驱动桥的结构；建立了基于对转双转 子电机的电动汽车的驱动系统数学模型和基于Matlab/Simulink 的电动汽车控制驱 动系统模型；针对汽车加速和汽车转弯两种工况作了仿真，并对仿真结果进行了分 析，提出了结论。 关键词：对转双转子电机，永磁同步，电动汽车，理论模型，仿真 1．引言 现有的很多电动车或者混合动力汽车驱动系统是在原有传统汽车的传动系基础上增加 [1]，这样虽然可以利用原有成熟的传动技术节省成本和研发时间， 电动机等动力元件组成的 但却在很大程度上降低了电动车辆性能的发挥。轮式驱动电动汽车[2]将电动机及减速机构直 接安装在车轮上，形成两轮或四轮驱动，这样虽然节省了传动系的空间，但是需要两个或四 个控制器对每个电机进行单独控制，提高了生产成本同时增加了汽车的非簧载质量。 本论文提出了一种新型的车用对转双转子电机，利用该电机建立了一种新的电动汽车驱 动系统。新型的对转双转子电机利用作用力与反作用力原理，将传统电机的定子也作为转子 (外转子)，与原有的电机转子 （内转子）作反向运动。该电机直接安装在驱动桥上，代替常 规机械驱动桥的传动轴、主减速器和差速器等构件，在电机的左右两侧分别增设了用于减速 和换向减速的 （行星）齿轮机构，将动力经万向节传动机构传至车轮。基于对转双转子电机 的驱动系统集驱动、差速、制动能量再生为一体，比建立在传统汽车之上的电动汽车具有更 高的效率，更轻的重量，结构更加紧凑，成本更低。因为只需一个电机控制器，因此比轮式 驱动的电动汽车，重量更轻，成本也更低，而且电机在相同输出功率情况下相对转速是轮式 驱动电机的两倍，电机的体积和转动惯量会更小。 对转双转子电机可以是直流电机[3]，交流异步电机，交流同步电机等。因交流永磁同步 电机具有转速高，质量轻，尺寸小并且能够改善电网的功率因数[4]等优点，适合车用，所以 选择永磁同步交流电机进行研究。 2 ．永磁同步对转双转子电机驱动桥结构 如图 1，带电枢绕组的外转子 5 与永磁体内转子 6 之间产生大小相等，方向相反的电磁 力矩，在电磁力矩作用下，内外转子产生方向相反的绝对转动。外转子的动力经左侧的减速 行星排 3、等速万向传动机构 2 向车轮传递；内转子的动力依次通过右侧的换向减速机构 7 1 本课题得到广东省工业攻关项目科研基金（项目编号：2004A 113040031 ）资助 1 1-车轮 2-左右等速万向节传动机构 3-减速行星排 4-滑环机构 5- 带电枢绕组的外转子 6-永磁体内转子 7-换向减速行星排 8-电机左右端盖 9-电机壳 图 1 永磁同步对转双转子电机驱动桥结构 和等速万向传动机构向另一侧车轮传递，也可以是内外转子对换连接。这样双转子电机可以 驱动两侧车轮同向行驶，并具有差速功能。外转子上的绕组通过滑环机构 4 及导线与双转子 电机控制器连接，双转子电机控制器还与车载电源连接。电机控制器包含直流-交流(DC/AC) 变换的功率电子装置和电机调速的电子控制单元 （ECU ）等。在电机驱动汽车的时，电源总 线向电机供电，在制动能量回收的时候，电机反过来向电源总线送电。 3 ．基于对转双转子电机的电动汽车驱动系统数学模型 图2 基于对转双转子电机的电动汽车驱动系统