复合式双电压永磁同步发电机的特性分析

    提出了一种新型的复合式双电压永磁同步发电机。分析了该电机的基本结构、基本原理。采用分析法计算了电机每相绕组电感，并对其进行了有限元验证。计算了空载感应电压，通过有线元软件分析了空载和额定时气隙磁密分析，计算了再不同的电枢电流情况下的电磁转矩和铁耗，并与同功率的常规永磁电机性能进行了对比，仿真结果证明了设计方案的可行，复合式结构并没有影响电机性能。对该电机进行分析计算时可以看作共用定子铁心的内、外转子电机。电机性能良好，对同类的复合式永磁同步电动机设计提供一定的参考。

    汽车发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时，向所有用电设备供电，同时向蓄电池充电。而车上的用电设备和蓄电池所需电压一般是不一致，随着节能环保成为新时代的主题，混合动力电动汽车技术在世界范围内成为新型汽车开发的热点。在这种环境下，一种双转子电机结构被提出应用于混合动力汽车驱动系统，它是一种由内、外两个径向式永磁电机复合组成一体化的双转子混合动力电机，取代发电机和电动机分离式结构。文献对径向磁通双转子电机进行了相关的研究。然而在这些文献中所研究的双转子电机只有一套绕组，不能实现双路供电（蓄电池充电和车用负载供电）。本文所研究的复合式双电压永磁同步发电机采用类似于双转子电机结构，在外转子永磁电机的定子内部放置内转子永磁电机，内、外定子合并在一起固定在端盖上，内、外转子在端部固定在一起并同步旋转。在电机发电运行时作为汽车电源可以实现双路供电。起动时外转子电机具有很大的转矩密度，可以在低速时产生足够大得起动转矩，满足起动时所需的大转矩。在起步加速、爬坡工况时输出扭矩为车辆提供额外助力。此电机能很好地满足现代汽车所需的起动/发电一体机的要求，在电机体积不增大的情况下，其作为发电机运行时可提高电机功率密度，作为电动机运行时可增电机电机的输出转矩。

    本文设计了一台复合式双电压永磁同步发电机，其外转子电机额定功率为100KW，内转子电机功率为20KW，介绍了该电机的基本结构及原理，利用有限元仿真软件，建立二维有限元模型，计算了电机的空载磁场和电动势、气隙磁密、电枢绕组电感，以及在不同电枢电流的情况下的电磁转矩和铁耗。