中国矿业大学科研团队提出电动汽车双定子开关磁阻电机新型功率变换器|中国矿业大学|变换器|电动汽车|电工技术学报|电机

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该文提出了一种适用于本团队前期设计的磁场解耦型双定子开关磁阻电机的新型功率变换器，拓宽了驱动系统的运行范围和高效运行区，为该电机在电动汽车领域的应用提供理论支撑，满足电动汽车行业发展的迫切需要，在推动我国电动汽车驱动电机无稀土化技术发展的同时也对我国电动汽车用电机技术方案的多元化起到积极的促进作用。

团队介绍

闫文举

副教授，硕士生导师。2018年博士毕业于中国矿业大学电气工程专业，现主持国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上项目、江苏省自然科学基金青年项目、江苏省博士后科学基金、中国矿业大学科研启动基金、校基本科研基金青年项目各1项；参与国家自然科学基金和国际合作项目7项，省部级和企业合作项目多项。近五年发表学术论文二十余篇，第一作者10篇，第二作者7篇；授权发明专利8项；出版学术专著1本。

陈昊

教授，博士生导师。多年来一直从事新能源发电与电动车电机及电力电子方面的应用基础理论研究与技术开发。

研究背景

开关磁阻电机具有结构加固、成本低、弱磁性能好、过载和容错能力强等优点。但其转矩脉动大、功率密度低的缺点限制了开关磁阻电机在电动汽车领域的发展。要使其成为永磁电机的一种可行的替代方案，必须提高开关磁阻电机的功率密度和转矩特性。

本团队提出了一种磁场解耦型双定子开关磁阻电机新结构，通过改善电磁路径、提高电磁空间利用率和机电能量转换率，有效提高了电机的功率密度，通过对内外定子所产生的转矩进行分别控制降低了转矩脉动。但是该电机具有内定子、外定子、双定子、内外定子串联和并联五种工作模式，目前常规的功率变换器结构已经不能满足本团队所设计电机功能需求。

论文所解决的问题及意义

针对本团队所提出的新型双定子开关磁阻电机具有内定子、外定子、双定子、内外定子串联和并联五种工作模式，目前常规的功率变换器结构已经不能满足本团队所设计电机功能需求的问题，该文提出了一种新型的功率变换器，拓宽了驱动系统的运行范围和高效运行区，为开关磁阻电机驱动系统在电动汽车领域的推广应用奠定基础。

论文方法及创新点

本文在不对称半桥功率变换器的基础上，通过推演、衍变，提出一种能够实现样机五种工作模式的新型功率变换器拓扑结构，图1给出了所提出的驱动样机整体功率变换器拓扑，包括四组不对称半桥和四组三相对称全桥桥臂，分别如图1色虚线方框和蓝色点划线方框。

图1 所提出的功率变换器拓扑结构

根据电动汽车在有坡度路面时的受力、电机的转矩-转速特性，电动汽车与电机的运行模式对应关系如图2所示。图3给出了驱动系统的瞬态性能曲线。

图2 电动车运行工况与电机运行模式对照图

图3 驱动系统的瞬态测量结果

结论

(1)本文所提出的功率变换器能够实现新结构电机五种工作模式的无缝切换，同样本功率变换器也能够应用于双电机驱动系统中，实现双电机的五种工作模式。

(2)在低速阶段，驱动系统五种工作模式下转矩输出能力由强到弱分别为双定子、内外定子并联、内外定子串联、外定子和内定子工作模式。在高速阶段，驱动系统五种工作模式下电机转矩输出能力由强到弱分别为内外定子并联、双定子、内外定子串联、外定子和内定子工作模式。

在低速阶段，驱动系统五种工作模式下转矩脉动由小到大分别为双定子、内定子、外定子、内外定子串联和内外定子并联工作模式。在高速阶段，驱动系统五种工作模式下转矩脉动由小到大分别为内外定子串联、内外定子并联、双定子、内定子和外定子工作模式。

引用本文

闫文举, 陈昊, 刘永强, 廖朔. 一种用于电动汽车磁场解耦型双定子开关磁阻电机的新型功率变换器[J]. 电工技术学报, 2021, 36(24): 5081-5091. Yan Wenju, Chen Hao, Liu Yongqiang, Liao Shuo. A Novel Power Converter on Magnetic Field Decoupling Double Stator Switched Reluctance Machine for Electric Vehicles. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(24): 5081-5091.

DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210888

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