摘要：双转子电机是一种新型的能量变换装置，具有两个机械端口和两个电端口，可以灵活地实现能量传递。介绍了双转子电机的工作原理，建立了简单的数学模型，对电机的主要损耗作了分析，并就双转子电机当前研究的主要内容及技术难点作了详细的阐述，最后提出了双转子电机的研究方向。
关键词：感应电动机；双转子电动机；电无级变速器；数学模型；控制模式；损耗
0 引 言
普通电机无论何种结构均只有一个机械端口，这制约了它的应用范围。上世纪90年代，瑞典皇家工学院的T}lomas Backstm提出了双转子电机(Double Roto~Motor，DRM)。后来Erik Nor(1一lund博士对此作了深入的研究。双转子具有两个机械轴，并可以实现两个机械轴能量的独立传递，在电动汽车、混合舰船推进、无级变速器等领域有着广泛的应用前景。双转子电机使内燃机(Interrlal c0mbUStlOn Engine：IcE)的工况不需要随着路况的变化而变化，从而达到高效率运行的目的。
由于这种新的双转子电机可以在很宽的范围内实现无级变速度变转矩，因此也称为电无级变速器(Electric a1、rariabk nansonissin evt，EVT)。EVT的优点：1)机械装置少，可替代离合器、变速箱、起动器和发电机等装置。2)ICE与外输出没有直接的机械联系，可以保持在****效率点运行。3)变换器和蓄电池的容量小于系统总容量。4)可通过控制变换器改变转差功率的流向和大小，以控制外转子的转速转矩，达到控制汽车运行状况的目的。目前，双转子电机主要用于电动汽车上。这种融合内燃机汽车和电动汽车优点的混合动力电动汽车异军突起，在世界范围内成为新型汽车开发的热点。
1双转子电机的工作原理
1．1双转子电机的结构
图1为一种鼠笼式双转子电机(EvT)系统的示意图。与永磁式双转子电机不同，鼠笼式双转子电机在外转子两侧各有一套鼠笼绕组，内转子分布有三相绕组，通过滑环引出，接变换器1，定子上亦为三相绕组，接变换器2。
该电机可看作由内外两台异步电机组成的系统。系统可以进一步分为内、外两个转子和定子及内、外两个气隙。其中内转子和IcE的输入轴同轴联接。从ICE输入机械功率，内转子上的绕组通过电磁感应产生电功率，通过滑环、整流向电池组充电或向外转子传递机械功率。外转子的输出轴用来驱动车轮，传递机械功率。蓄电池的输出经过整流或逆变与定子绕组相连，这样定 子部分就会吸收从电池组输出的电功率转换为机械功率，通过外转子输出或在车辆制动时吸收机械功率产生电功率向电池组充电。主磁路穿过两个气隙，磁路的两个轭部分别在定子和内转子上。
如果内、外电机具有相同的旋转方向和转差率，且气隙磁场转速相同，则外转子磁轭的厚度可以较大幅度地减小，而其磁场饱和程度大大增加，整个电机不能再看成两台电机简单组合，而是一个整体的电磁装置。
1．2工作原理
假设系统无损耗，定子绕组极对数为P，变换器2接入定子的电源角频率ωp，内、外转子的角频率分别为ωm1、ωm2m，内、外气隙磁场的角频率分别为ωgi、ωg0且假定顺时针方向为正方向。变换器1接入内转子的电源频率fr变换器1接入内转子的电源角频率m，。因此两个转子的角频率、定子绕组电流角频率和内转子绕组电流角频率及频率之间关系如下：
式中，Pe为内转子绕组中的转差功率，pd为内转子通过气隙传递给外转子的电磁功率，ωm2为外转子旋转速度，Pm2为外转子输出的机械功率，Tm2为外转子输出的机械转矩，Tf1和Tf2分别为内气隙和外气隙传递的电磁转矩。功率和转矩特性如图2所示。
Pe通过电力电子变频器送到双转子电机的定子中，然后通过外气隙传送给外转子，因此外气隙的电磁转矩Tf2为：
Tf2=Pe／ωm2=(ωm1一ωm2)Tm1／ωm2 (8)外转子的机械转矩Tm2应该为Tf1和Tf2的综合作用，并可求出Tm1和Tm2的关系为：
Tm2=pe+ωm2=(ωm1+ωm2)Tm1/ωm2 (9)图2表明，在ωm2=ωm1点附近，P。相对来说比较小，因此在这点附近的损耗相对来说也较小，所以在这个区域是****工作区。当 ωm2比较小时，P。相对较高，转矩较大，因此这个区域是较短时间的加速区。所以，在实际的机车驱动系统中，直接驱动速度能够获得相对较高的效率。
2双转子电机数学模型
为了分析方便，工程上可对鼠笼式双转子电机做如下理想化假定：电机各相绕组结构对称，磁路线性，不计饱和影响，忽略齿槽影响，不计铁心损耗。取定、转子各电磁量的正方向符合电机法则，则鼠笼式双转子电机的基本电磁关系可由下面方程表示：
了较大的进展。然而，要满足工程需要，目前依然存在一些急需解决的问题：
(1)通过分析、计算双转子电机外转子磁轭高度与饱和度之间的非线性关系，以解决目前尚未解决的电机体积小型化与磁路饱和造成电机内、外转子磁场耦合以及内转子散热之间的矛盾。
(2)由于双转子电机具有两个机械端口和两个电端口，其能量的变换与传递很复杂，目前尚未见到该类电机更为完整的数学模型。通过电机磁场分析、计算，建立符合双转子电机电磁、机电关系的统一数学模型，这是准确分析双转子电机运行特性和高精度控制双转子电机的基础。
(3)在各种运行模式下，双转子电机与内燃机及负载之间，双转子电机通过变换器与外电源之间的功率匹配与流动控制，其关键技术在于保持系统运行效率****和满足车辆运行性能的前提下，尽量减少变换器传递的功率，减少控制系统的体积和成本。目前尚未解决这一问题。
(4)位置或速度编码器是电动车驱动电机的一个关键部件，直接影响驱动电机运行的稳定度和可靠性，是目前电动车研究的关键技术之一。双转子电机具有两个运动转子，需要两个位置编码器，编码器在恶劣环境下的可靠性对电机运行的影响更大。因此研究无编码器或简化编码器位置、速度检测是本项目要解决的又一技术难点。
(5)研制高功率密度、高效率、大变比的DC／Dc变换器是本项目的又一关键技术。目前已单相桥式拓扑为主的Dc／Dc变换器功率密度不高，容量较小，研制多相桥式拓扑为主的Dc／Dc变换器，采用移相技术和软开关技术，配以特殊设计的五芯拄电感，可以满足高电压双转子电机与低电压外部电源的****配合，实现系统的高效率运行。
5结语
双转子是一种新型电机，目前国内外对它的研究尚处于初级阶段，研究主要集中在电机本体，对系统控制策略、能量变换器的研究比较薄弱，对系统的全面研究也不充分。然而其优良的性能已成为在新型汽车等领域开发的热点。
