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雙轉子電機

一、目前的應用

雙轉子電機最廣泛的應用領域有兩個,一是在混合動力系統中,二是在風力發電系統中。因其內、外電機可以獨立運行,能實現兩個機械軸能量的獨立傳遞,因此,將雙轉子電機應用于混合動力汽車、混合艦船推進和礦山機械等的驅動系統中,有著良好的性能。在風力發電系統中,雙轉子發電機也得到越來越多的應用。隨著節能和環保的不斷開展與深入,用混合動力系統代替內燃機驅動系統、用風力發電代替污染較重的火力發電得到了越來越多的研究。與其他電機相比較,雙轉子電機在這兩個領域中的應用都有著更優越的性能。

1.混合動力系統

將電動機引入汽車驅動系統,是電機界研究多年的課題。直流電動機、三相感應電動機、永磁電動機以及新型的開關磁阻電機和雙凸極電機在應用中都存在一些問題。在這種情況下,雙轉子電機與內燃機結合的驅動系統展現了更多的優點。下面以對轉雙轉子永磁電機為例,說明其在汽車驅動系統中的應用。

作為驅動用的雙轉子電機安裝在汽車的驅動橋上,在電機的左右兩側分別設有用于減速和換向減速的齒輪機構。其內、外轉子分別經左、右側的齒輪機構向兩側車輪傳遞,從而驅動車輪轉動。由于其內、外轉子是對轉,即兩轉子的轉動方向相反,所以,要保持兩個車輪同向旋轉,除了減速裝置外,還需要在內轉子與右側車輪之間安裝萬向節的裝置;旌蟿恿ο到y中的萬向節一般選用等速萬向節,如果能保證電動機的內、外轉子的轉動慣量基本相等,那么車輪輸出的轉矩也會基本相等。對轉雙轉子電機穩定工作的條件是:電磁轉矩對于某一轉子轉速的變化梯度小于作用在該轉子的負載對于該轉子轉速的變化梯度。通過控制器的矢量控制或磁場向量控制,可以使電磁轉矩滿足以上條件,即可以使對轉雙轉子永磁電機運行于穩定狀態。

電機的外轉子繞組通過滑環機構與控制器連接,再與車載電源連接?刂破靼DCAC轉換器和電機調速裝置等。在汽車行駛的過程中,車載電源向電機供電。由于這種雙轉子電機可以實現四象限運行,所以在汽車下坡時,電機可以運行于發電機狀態,通過回收裝置,將這部分電能回饋至車載電源。對轉雙轉子電機的驅動系統集驅動、差速、制動能量再生為一體,效率高、重量輕,成本低。

2.風力發電系統

與混合動力系統一樣,新能源發電也是節能、環保的一個重要手段。其中,風力發電是一個經濟、環保的發電方式。直流發電機、同步和異步交流發電機都已經被應用于風力發電系統中。對轉式雙轉子永磁電機的兩個轉子沿相反的方向旋轉,即使在絕對轉速很小的情況下,它們之間的相對轉速也會較大。與其它電機相比,在相同的風力和其他外部條件下,雙轉子發電機的風能利用率和發電能力都提高一倍。而永磁無刷雙轉子電機用作風力發電機,也具有較為優良的性能。由于其不需要電刷和滑環,結構更加堅

固,適用于風力發電。而且通過勵磁調節,能保證輸出電能的質量。

二、應用中的難題

雙轉子電機在應用中還存在著諸多難題,綜合起來主要有以下幾點:

1.目前大多數雙轉子電機都需要安裝電刷,定時更換電刷對于汽車來說相當困難,因為更換電刷有可能要求維修人員在汽車底盤下完成。

2.雙轉子電機與內燃機及負載之間,變換器與外電源之間的功率匹配與流動控制的關鍵技術在于保持系統運行效率最高且滿足車輛運行性能的前提下,盡量減少變換器傳遞的功率,減少控制系統的體積和成本。目前這方面的技術還不能達到要求。

3.車輪間要安裝減速器、萬向節等多種裝置,電機所處的空間狹小,而內轉子上繞組會產生銅耗,所以散熱問題突出。

4.在風力發電系統中,由于沒有輔助機械調控部分,其自身可調控性較差。

基于以上分析總結出,在混合驅動系統中,無刷式雙轉子電機無疑是一個比較好的發展方向,因為這種結構無需電刷,大大減少了使用中的不便。雙凸極電機應用于混合動力系統中也有良好的性能,如果利用雙凸極電機原理對雙轉子電機進行改造,則有可能使電機兼具雙轉子電機和雙凸極電機的雙重優點。另外,有人還提出了一種新型的雙定子/雙轉子永磁電機,這種電機是目前國際上混合動力汽車最前沿、最先進的電動機驅動方案之一,既可以作為雙轉子運行,也可以作為雙定子運行。而在風力發電系統中,雙轉子電機的應用還需要更多、更深入的研究。

雙轉子電機是一種新型的特種電機,其種類頗多。由于具有結構簡單、重量輕和能量利用率高等優點,其在實際中的應用將會越來越廣泛。但要大規模的將雙轉子電機應用于實際中,還需要進一步的研究。然而雙凸極結構和雙定子/雙轉子結構將是具有較大發展潛力的新的發展方向

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