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克維斯傳動:分析了電磁耦合無級變速系統的工作原理
作者:無錫市克維斯傳動機械有限公司    發布于:2013-03-26 13:29:18    文字:【】【】【
摘要:克維斯傳動:分析了電磁耦合無級變速系統的工作原理
    1 EMCVT的構造及調磁方法
    1.1基本構造及原理
    當發動機ICE連接輸入軸,拖動內轉子相對于外轉子旋轉時,由于電磁關系,內轉子會旋轉發電,內外轉子相互作用的電磁力矩將拖動外轉子隨內轉子做同向、不等速的旋轉運動。這樣內外轉子就變成了一個電機兼電磁滑差耦合(離合)器的組合體,該電機把發動機ICE的部分機械功率經輸出軸及主減速器直接傳輸到車輪,而電機又以相對轉速(轉速差)作為其同步發電轉速,把發動機功率的其余部分轉換為電功率,經由電傳動分路(內轉子-控制器-EMCVT定子-外轉子)傳遞并再次轉換成機械功率匯合到輸出軸,且最終也傳輸到車輪。因此對EMCVT來說,其傳遞功率的效率既高于單個電磁滑差耦合器,也高于單個電機。
    1.2調磁機構及調磁方法
    永磁電機控制策略是按既定的功率確定額定轉矩及額定轉速(恒轉矩調速范圍),用弱磁的方法來提高永磁電機的轉速(恒功率調速).弱磁的方法是利用電機電樞反應削弱永磁體磁場的,一方面,可能造成定子線圈電流過大,從而電機繞組銅損過大,導致電機過熱,效率降低;另一方面,控制器容量增大、系統成本提高同時電機本身也不適于長時間高速運行。此外,對于必須具備車輛變速器功能的電磁耦合無級變速器來說,還要求該系統能調節發動機轉速轉矩以使發動機能在給定油門情況下工作于較理想的工作點上,從而達到一定的燃油經濟性,而目前成熟的永磁電機及其控制策略卻難以滿足此要求。因此需要有效地改進永磁電機的調磁性能來滿足上述要求。在定子鐵心的中上方開設環形槽放置勵磁線圈,定子繞組安放方式和永磁電機一樣。外轉子內外兩面均分為兩部分,每部分裝設相同極性的永磁磁極并且和鐵磁極(調磁極)相間安裝。轉子每極均由永磁體極和鐵磁極兩部分組成,鐵磁極為勵磁磁通提供低磁阻磁路,增磁或弱磁取決于勵磁線圈中的電流方向。勵磁線圈中存在勵磁電流時,由于永磁體對外加磁勢的磁阻很大,使得勵磁磁通主要經過機殼、定子鐵心、空氣氣隙、外轉子鐵磁極及內轉子鐵心形成回路,這一部分勵磁磁通將隨勵磁電流大小的改變而改變。此外永磁體極也會通過兩側的鐵磁極、空氣氣隙、定子鐵心及內轉子鐵心形成回路對鐵磁極進行磁化,這一部分磁通是基本穩定的。這樣鐵磁極上的氣隙中這兩部分相互獨立的磁通形成合成磁通。變勵磁電流的大小就可以調節增磁或弱磁的強度。
2有限元法對EMCVT的分析
    內轉子和定子均不加電流負載,外轉子是內外兩面均貼有永磁體,磁力線經過內外兩個永磁體穿過外轉子,在外轉子上的永磁體之間僅有少量的磁力線,即為外轉子上永磁體之間的漏磁很少。僅有內轉子加電流負載的情況,由于內轉子加載,使得外轉子的內永磁體之間存在磁力線,但這部分磁力線是與內轉子相連接,而不與定子相連接。同時定子與外轉子間的磁力線分布與定子內轉子均不加電流負載時的情況類似。僅有定子加電流負載的情況,外轉子的永磁體之間同樣也存在部分磁力線,這部分磁力線是與定子相連接,而不與內轉子相連接。同時內轉子與外轉子之間的磁力線分布與定子內轉子均不加電流負載時的情況類似。內轉子和定子均施加電流負載的情況。一般來說,內轉子及定子由層疊硅鋼構成,而外轉子由于結構及性能影響的原因而由實硅鋼體構成,因此,外轉子上會產生較大的鐵損。而外轉子上永磁體之間的磁通基本為恒值,只是由于內轉子和定子加載交變的電流而產生交變的磁通,從而導致外轉子上鐵損不同.利用電磁耦合無級變速器的三維有限單元分析勵磁線圈調磁時EWCVT對內氣隙磁密(內轉子和外轉子之間氣隙)和外氣隙(外轉子和定子之間氣隙)磁密的影響結果圖。其中,電角度為內外磁場的夾角。發現調磁線圈對氣隙磁密的影響是較大的。
    3結論
    電磁耦合無級變速器是可直接傳遞機械能的電磁滑差耦合(離合)器與電機的組合體,在保持與常規電傳動相當的較寬廣無級變速范圍的同時,總體效率還可以得到提高。本文在詳細分析其工作原理及調磁原理的基礎上,利用有限單元法對其進行二維有限單元磁場分析,并通過三維有限單元模型分析調磁對磁場的影響,并且得出調磁對電磁耦合無級變速器效率的影響。
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