1、隨著環(huán)境污染及石油危機的加劇，電動汽車的研發(fā)得到廣泛重視，在目前車載蓄電池技術未得突破的前提下，電動汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)是研究重點，顯然電動汽車的電驅(qū)動系統(tǒng)依賴于不同類型的驅(qū)動電機。盡管永磁無刷電機在電動汽車驅(qū)動中具有綜合優(yōu)勢，但其固有的難以實現(xiàn)弱磁擴速，從而難以實現(xiàn)較低逆變器容量下的低速大轉(zhuǎn)矩和高速小轉(zhuǎn)矩輸出的缺陷，影響到電動汽車性能的進一步提高。因此，隨著電動汽車對電機性能要求的不斷提高，需要開發(fā)研究具有新結構、新概念的驅(qū)動電機。雙定子

2、永磁無刷電機是近幾年提出的一種新型永磁無刷電機，因其具有雙定子結構，大大改善了傳統(tǒng)永磁無刷電機的性能，在電動汽車驅(qū)動中具有重要應用價值，目前對該種電機的研究相對較少，因此本文基于電動汽車應用對雙定子永磁無刷電機進行深入分析研究，主要包括以下幾部分內(nèi)容:
　　(1)分析了雙定子永磁無刷電機適合用于電動汽車驅(qū)動的結構原理及其性能的優(yōu)越性。
　　雙定子永磁無刷電機由內(nèi)定子、中間轉(zhuǎn)子、外定子嵌套而成，可以看作是一個外轉(zhuǎn)子永磁無刷電機

3、和一個內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁無刷電機的合成。與傳統(tǒng)的單定子永磁無刷電機相比，雙定子永磁無刷電機不但具有一般永磁無刷電機的優(yōu)點，且在相同的體積下，當內(nèi)、外定子繞組共同作用時將具有更高的功率密度。當用作發(fā)電機時，可以提高電機的發(fā)電能力;當用作電動機時，可以提高電機的轉(zhuǎn)矩輸出能力。通過分析各種雙定子永磁無刷電機的結構形式，得出串聯(lián)磁路表貼式結構具有更適合電動汽車應用的性能優(yōu)勢:其轉(zhuǎn)子鐵心軛部圓周方向沒有主磁通，在機械強度允許范圍內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心軛部可以很薄，從

4、而減少電機的體積和重量。
　　雙定子永磁無刷電機的內(nèi)、外定子上繞有獨立的定子繞組，通常外定子繞組匝數(shù)多于內(nèi)定子繞組匝數(shù)，因此，兩套繞組既可串聯(lián)運行，又可單獨運行。當內(nèi)、外定子繞組串聯(lián)運行時，每相繞組有效串聯(lián)匝數(shù)多，反電動勢高，同時轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速低，且產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，從而能夠很好的滿足電動汽車低速爬坡及起動加速的要求。當外或內(nèi)定子繞組單獨運行時，每相繞組有效串聯(lián)匝數(shù)少，反電動勢低，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩較小，但轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速高，使電機能夠高速運行，

5、因此即使不經(jīng)過弱磁擴速，電機也能達到較高的轉(zhuǎn)速。而且當電機一套繞組出現(xiàn)故障時，另一套繞組可以單獨運行，使電動汽車驅(qū)動具有容錯性。同時，通過靈活控制繞組的連接方式，可使電機運行在不同工況下以滿足電動汽車不同運行狀態(tài)的需求。
　　(2)根據(jù)雙定子永磁無刷電機的結構特點，提出了一種雙定子永磁無刷電機的設計方法。
　　串聯(lián)磁路表貼式結構的雙定子永磁無刷電機因其雙定子結構而具有優(yōu)越的性能，但電機的結構更加復雜了，不僅內(nèi)、外定子設計參數(shù)

6、相互制約，其內(nèi)、外定子間還存在電磁耦合關系，這大大增加了電機的設計難度，難以采用現(xiàn)有的設計手段對其進行電磁設計，從而限制了該種電機的深入研究和推廣應用。因此，本文基于雙定子永磁無刷電機的結構特點，提出了一種雙定子永磁無刷電機的設計方法，即將雙定子永磁無刷電機看作內(nèi)、外兩個單定子永磁無刷電機進行單獨設計，然后合成為雙定子永磁無刷電機設計方案。由于設計過程中涉及到內(nèi)、外單定子電機設計參數(shù)的匹配，為了加快設計過程，并得到更為合理的設計方案，在

7、設計過程中加入了響應面法和遺傳算法進行優(yōu)化。該方法對設計雙定子永磁無刷發(fā)電機和電動機同樣適用。本文以雙定子永磁同步發(fā)電機為例，詳細介紹了設計方法及設計過程，對最終的設計方案進行了有限元分析并制作了樣機進行實驗，驗證了設計方法的正確性。
　　(3)通過對雙定子永磁無刷電動機的性能分析，提出了該種電機應用于電動汽車驅(qū)動時繞組連接方式的選擇原則。
　　本文首先設計了一臺用于電動汽車驅(qū)動的雙定子永磁無刷直流電動機，并對不同繞組連接方

8、式下電機的性能進行了電磁場有限元分析，得到了相同逆變器供電時電機的三個額定工作點，即轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速點，從而得到了雙定子永磁無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。其次，進一步對該電機的各運行區(qū)域進行細分，并對各運行區(qū)域內(nèi)不同繞組連接方式下電機的性能進行有限元分析，得到了各運行區(qū)域內(nèi)不同繞組連接方式下電機性能的優(yōu)劣順序。進而提出了雙定子永磁無刷直流電動機基于電動汽車不同運行工況的繞組連接方式選擇原則，使電機不僅具有較寬的運行范圍，且在較寬的運行范圍內(nèi)能夠

9、高效運行，以滿足電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的要求。最后制作了樣機進行了實驗驗證。
　　(4)提出了雙定子永磁無刷電動機繞組連接方式的切換方法及繞組換接電路，并分析了繞組換接的動態(tài)過程。
　　為了滿足電動汽車不同運行工況的需求并使電機在各運行工況下具有高效率，需要合理的進行繞組連接方式的切換。經(jīng)分析，常用的繞組換接方法需將電機電流降至零或接近零時進行繞組切換，換接過程會出現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)矩的明顯中斷。為了避免電流和轉(zhuǎn)矩中斷現(xiàn)象、降低繞組換接過

10、程對電機正常運行的影響，本文提出了在電機各相繞組電流過零點時依次進行繞組切換的繞組換接方法，并提出了基于雙向晶閘管的繞組換接電路。首先，為了降低控制系統(tǒng)的復雜性，選用雙向晶閘管作為繞組換接電路的開關元件，給出了雙定子永磁無刷電動機的繞組換接電路。其次，以方波電流驅(qū)動的雙定子永磁無刷直流電動機和正弦波電流驅(qū)動的雙定子永磁同步電動機為例，分別對繞組換接的動態(tài)過程進行了理論分析。最后，利用有限元仿真軟件分別建立了兩電機的場路耦合時步有限元仿真