輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）、哈爾濱工業(yè)大學電氣工程及自動化學院的研究人員徐奇?zhèn)?、孫靜等，在2018年第9期《電工技術學報》上撰文，針對混合動力車用電氣無級變速器中的電磁耦合問題展開研究。

首先，通過分析電氣無級變速器的功率分流模式可知，電磁場間的耦合作用雖然可提高燃油經(jīng)濟性和降低廢氣排放，但也會造成電氣無級變速器中存在嚴重的電磁耦合問題。

然后，為解決電氣無級變速器內部電磁耦合問題，分別提出安裝及未安裝隔磁環(huán)的電氣無級變速器的內部等值磁路模型以研究在兩種混合勵磁源下影響耦合程度的因素。

接著，建立兩種結構電氣無級變速器的有限元模型，并依據(jù)影響耦合程度的因素分別研究二者的內部磁場分布規(guī)律；通過對所得規(guī)律的對比和分析提出最優(yōu)電磁解耦方案以實現(xiàn)電氣無級變速器優(yōu)良的電磁性能和控制性能。

最后，利用有限元電磁仿真分析，從磁力線、磁場分布以及轉矩特性方面驗證解耦方案的正確性。

荷蘭代爾芙特理工大學的M. J. Hoeijmakers教授于2004年首次提出電氣無級變速器（Electric Variable Transmission, EVT），其將兩臺感應電機復合成一個四象限能量轉換器，是一種機電能量轉換裝置[1]。

電氣無級變速器具有兩個機械端口（內轉子和外轉子）和兩個電氣端口（蓄電池組），其功率分流功能可以使機械能和電能在不同的端口之間靈活流動和轉換，尤其適合作為混合動力車中的動力分配裝置[2,3]。

此外，通過采取適當?shù)霓D矩、轉速控制策略，電氣無級變速器可以實現(xiàn)內燃機（Internal Combustion Engine, ICE）怠速停止、動力補償、功率分配以及制動能量回饋等功能，有利于提高燃油經(jīng)濟性和降低廢氣排放。由此可見，基于電氣無級變速器的混合動力車將成為緩解未來資源、能源以及環(huán)境問題的主流汽車。

混合動力車用電氣無級變速器在結構優(yōu)化方面仍有許多問題亟待解決。電氣無級變速器功率分流的優(yōu)勢雖然優(yōu)化了內燃機的工作效率，但也造成了電氣無級變速器內部存在嚴重的磁場耦合問題。磁場耦合會大大降低系統(tǒng)的功率因數(shù)和功率密度，并導致電磁損耗增加，是電氣無級變速器較難解決的問題之一。

目前，國內外學者主要從以下幾方面研究電氣無級變速器的磁場解耦問題[4-8]。

①改善電機本體，提出分體式和異向磁路結構：分體式結構避免了內、外磁場間的耦合，但造成整臺裝置體積明顯增加而損失功率密度；異向磁路結構則采用改變轉子布局方式進而改變內、外磁路方向以減弱電磁耦合，但仍需解決如何降低內、外電機結構復雜度、提高電機可靠性以及降低成本等問題。

②基于磁場調制原理，在定子與轉子中間安置磁場調制環(huán)，以改變電氣無級變速器中的磁場分布，降低互擾程度。通過調節(jié)調制環(huán)的電流頻率可有效實現(xiàn)轉速解耦，但轉矩是以一定的比率傳遞，不能完全實現(xiàn)轉矩解耦控制。

③基于變參數(shù)模型，結合有限元方法提出電壓、轉矩等解耦控制策略，優(yōu)化電氣無級變速器結構設計。但此類控制策略是利用忽略某些復雜變參數(shù)，簡化分析模型得來的，不可避免地存在控制誤差，需進一步研究如何提高控制精度。

本文針對混合動力車用電氣無級變速器中的內部電磁耦合問題展開研究。

首先，通過分析電氣無級變速器的功率分流過程可知，內、外電機的調節(jié)作用可以優(yōu)化內燃機工作點，提高系統(tǒng)的驅動效率，但由于多能量及多端口間的能量流動分配導致電氣無級變速器內部磁場耦合嚴重；

然后，分別提出安裝及未安裝隔磁環(huán)的電氣無級變速器的內部等值磁路模型以研究在兩種混合勵磁源下影響耦合程度的因素；接著，建立兩種結構電氣無級變速器的有限元模型，并基于影響耦合程度的因素分別研究二者的內部磁場分布規(guī)律，進而通過對所得規(guī)律的對比和分析提出一個最優(yōu)電磁解耦方案；

最后，利用有限元電磁仿真分析，從電氣無級變速器的內部磁力線分布、磁場分布以及轉矩特性方面驗證解耦方案的正確性。

圖1 基于電氣無級變速器的混合動力車系統(tǒng)結構

圖3 基于電氣無級變速器的混合動力車能量流動框圖

圖4 基于電氣無級變速器的混合動力車的功率分流示意圖

結論

本文針對混合動力車用安裝以及未安裝隔磁環(huán)的電氣無級變速器中的電磁耦合問題展開研究。

首先，通過分析電氣無級變速器的功率分流模式可知，電氣無級變速器具有能量流動靈活、多變的優(yōu)點，可以依據(jù)路況需求實時快捷地轉換工作模式，但同時也造成了內、外電機間存在嚴重的電磁耦合問題；

然后，分別提出了安裝及未安裝隔磁環(huán)的電氣無級變速器的內部等值磁路模型以研究在兩種混合勵磁源下影響耦合程度的因素；之后，建立兩種結構電氣無級變速器的有限元模型，并基于影響耦合程度的因素分別研究二者的內部磁場分布規(guī)律，通過對所得規(guī)律的對比和分析提出一個最優(yōu)電磁解耦方案，即采用帶有隔磁環(huán)的電氣無級變速器并選取外轉子磁軛厚度為37 mm，以實現(xiàn)兩臺電機間的有效電磁解耦；

最后，利用有限元電磁仿真分析，從電氣無級變速器內部磁力線分布、磁場分布以及轉矩特性方面證明了解耦方案的正確性，對優(yōu)化設計適用于混合動力車領域的機電能量轉換裝置具有理論和實踐的雙重意義。