基于双转子电机的混合动力系统方案的研究进展＊

何仁 杨祺

（江苏大学，镇江 212003）

基于双转子电机的混合动力系统方案的研究进展＊

何仁 杨祺

（江苏大学，镇江 212003）

双转子电机因其灵活的能量传递特性，在混合动力系统上具有广阔的应用前景。介绍了双转子电机混合动力系统的结构和工作原理，根据国内外研究现状，对比分析了不同拓扑结构下的电机性能差异和特点，阐述了电机底层和整车控制策略，以及冷却系统设计相关研究成果。通过归纳现阶段双转子电机面临的技术难点，提出了今后的研究重点和发展方向。

1 前言

新能源汽车以其节能、低碳、环保的特性持续受到世界各国广泛关注。新能源汽车主要技术发展方向为纯电动和燃料电池两方面，但基于现有技术限制，油电结合的混合动力汽车作为过渡产品得到了很大的发展。目前为止，世界各大汽车制造商包括丰田、通用、福特等在混合动力方面的技术逐渐完善和成熟并实现了产业化。现阶段混合动力系统以丰田THS系统和通用AHS系统最为典型，它们的核心部件主要是作为动力耦合器的行星齿轮变速器，该机构能够实现内燃机和电机之间的速度耦合、转矩耦合，优化发动机工作区间。但该系统的行星齿轮结构为纯机械装置，不可避免地存在噪声、磨损、振动等方面的不足，并且需要定期进行维护，使用成本高[1]。

近年来，荷兰国家应用科学研究院的Hoeijmakers教授提出了一种基于电磁能量转换原理的双转子电机。双转子电机作为动力耦合器用于混合动力汽车不仅取代了行星齿轮变速器，而且去除了电动机、发电机、离合器等部件，大大减轻了整车质量，不仅节约了空间，而且整车功率密度和能量传输效率得到很大提升。

本文将针对现阶段国内外双转子电机研究进展，分析双转子电机现阶段面临的技术难点和亟待解决的关键问题，为以后进行相关研究提供借鉴。

2 双转子电机混合动力系统基本原理

双转子电机混合动力系统由内燃机、双转子电机、交/直流变换器、能量储存装置等组成，其基本结构和功率流向如图1所示。双转子电机包括内转子轴和外转子轴，其中内转子轴与内燃机连接，外转子轴与汽车的驱动桥连接。内转子轴上布置三相交流绕组并与内电机交/直流变换器相连，定子上同样布置三相交流绕组并与外电机交/直流变换器相连，能量储存装置分别与内外电机交/直流变换器相连。根据双转子电机种类不同，外转子轴上既可以布置内外永磁体，也可以布置内外三相交流绕组。

图1 双转子电机混合动力系统示意

图1中，PICE为发动机输出功率；Pm1为内转子功率；Pe1为内转子绕组中的转差功率，即内外转差产生的电功率；Pe2为外转子受到的电功率；Pd为通过磁场直接传递到外转子上的功率；Pm2为外转子功率；Pbattery为储能装置功率；Pout为双转子电机输出功率；TICE为发动机机械转矩；Tm1为内转子机械转矩；Tm2为外转子机械转矩；Tf1为内转子通过气隙传递的电磁转矩；Tf2为外转子通过气隙传递的电磁转矩；Tout为双转子电机输出转矩；ωICE为发动机转速；ωm1为内转子旋转速度；ωm2为外转子旋转速度；ωout为双转子电机输出转速。为了方便分析，忽略系统中的功率损耗。

发动机输出功率从双转子电机内转子输入，因为双转子电机输入端的功率分流作用，输入功率分两路传递，一路经内转子、内气隙、外转子直接传递到输出端，一路经内转子、电刷滑环、交/直流变换器、储能装置储存起来，Pd和Pbattery计算式分别为：

由式（1）和式（2）可知，内转子轴与外转子轴之间的转速差仅影响输入功率分配比例且大小可以任意调节，这意味着发动机可以运行在任何转速而不受整车车速限制，即实现发动机转速与整车车速的完全解耦。

双转子电机输出功率从外转子输出，因为储能装置的存在，该输出功率由两部分组成，一部分直接来自输入功率，通过内气隙磁场传递输入，另一部分来自储能装置，通过交/直流变换器、定子、外气隙磁场传递输入。

双转子电机输出功率Pout计算式为：

由式（3）可知，双转子电机输出端存在功率合流作用，因此其输出端的转矩除了通过内气隙磁场直接传递的发动机转矩，还有储能装置通过外气隙磁场产生的电磁转矩,这样通过改变外气隙的电磁转矩可以实现整车输出转矩变化而保持发动机转矩不变，即实现发动机转矩与整车转矩的完全解耦。由此可得双转子电机输出转矩计算式为：

由上述可知，双转子电机混合动力系统的储能装置在系统功率分流中起到重要作用。传统汽车发动机主要采用功率跟随控制，发动机输出功率跟随整车所需功率呈正比变化，如果发动机采用最佳效率点控制策略，会面临某工况输出功率过多或不足的情况。在双转子电机系统中，当整车所需功率小于内燃机输入功率时，多余的功率可以储存到储能装置中，避免了多余功率的浪费；当系统输出端所需功率大于内燃机输入功率时，不足的功率可以由储能装置补足，实现对整车需求功率的削峰填谷，确保内燃机有更多的机会运行在最佳效率点附近，其最佳效率曲线如图2所示[2]。同时该曲线上还存在一个等效最佳工作点B，当汽车的实际运行工况在图2所示的工作点A时，利用双转子电机的转速转矩解耦功能，发动机能够运行在最佳工作点B而不受汽车行驶工况影响，从而提高整车的燃油经济性。

图2 发动机最佳效率曲线

3 双转子电机结构拓扑

双转子电机基于内部电机结构和磁场分布存在不同的类别，但其原理基本相同。按照是否使用碳刷和滑环，可以将其分为有刷式和无刷式两大类。

3.1 有刷式

按照内部电机机理的不同，可以将有刷双转子电机分为感应式、永磁同步式和磁阻式3种。

3.1.1 感应式

荷兰国家应用科学研究院和荷兰代尔夫特科技大学的Hoeijmakers教授[3，4]基于感应电机的串级调速原理提出电气无级变速器EVT。Hoeijmakers教授将两个鼠笼型感应电机同心布置，内转子和定子都采用绕线式，外转子采用双层的独立鼠笼结构，这样绕线式内转子和外转子的内鼠笼构成内感应电机，绕线式定子和外转子的外鼠笼构成外感应电机。内转子绕组通过内交/直流变换器与储能装置相连，定子绕组同样通过外交/直流变换器与储能装置相连，因此从内转子输入的功率能够在内电机、外电机和储能装置之间流动。

3.1.2 永磁式

瑞典皇家工学院的Chandur Sadarangani教授[5]提出了四象限能量变换器4QT，其内部结构基本与EVT相同，只是外转子不再采用鼠笼结构，取而代之的是在内外侧贴有永磁体，这样内外电机都是同步电机。与EVT相比，采用矢量控制的4QT控制更简单，同时4QT永磁体通过改变充磁方向可以有效改善内外电机磁场耦合现象。斯坦陵布什大学的GI Oosthuizen等人[6]通过一种极间方位导向磁铁实现无铁芯磁导通，因此可以采用更轻的磁性材料，如铝或碳纤维塑料来替代铁芯，消除了永磁式双转子电机中与铁芯相关的磁滞和涡流损耗。美国俄亥俄州立大学徐隆亚教授基于4QT的研究成果，采用外转子单层永磁体结构，提出了双机械端口电机DMP，DMP因为采用单层永磁体的外转子结构使得内外电机成为一个整体，两者的耦合度更高，但也正因为这个结构使得DMP的磁场更加复杂非线性，增大了对其控制的难度[7]。DMP的磁场分布如图3所示。

图3 双机械端口电机磁场分布

为提高永磁式DRM性能并满足控制需求，我国学者对其内部拓扑结构进行了进一步改善。中国科学院电工研究所的庄兴明[8]提出了一种辐型磁钢双机械端口电机，该电机类似于同一磁场双转子电机，其外转子上的永磁体是内外电机共用的，不同之处在于永磁体呈辐型布置，具体结构如图4所示。

中国科学院微电子研究所的范涛[9]通过对辐型磁钢双机械端口电机进行有限元仿真分析发现，外电机d轴磁链的减弱可以反增内电机的d轴磁链，通过控制内外电机的负d轴电流可以有效增强外内电机的转矩输出能力，验证了该辐型磁钢双机械端口电机具有良好的电磁耦合特性和系统效率。哈尔滨工业大学的郑萍教授与瑞典皇家工学院的Chandur Sadarangani教授[10，11]合作对4QT进行了磁场耦合分析，通过改变内部永磁体布置优化了磁场分布，提高了电机性能并且降低了电机控制难度，郑萍教授将其命名为复合结构永磁同步电机，并基于不同方向的磁场提出了6种典型的拓扑方案，对不同的方案进行了初步的理论研究，分析了各种方案的优势，并研制了相关样机[12,13]。

图4 辐型磁钢双机械端口电机结构

3.1.3 磁阻式

哈尔滨工业大学的崔淑梅教授[14]基于开关磁阻电机原理提出了开关磁阻式四端口机电能量变换器。该结构外转子采用内外双凸极结构，与其它结构相比具有更高的可靠性、较宽的恒功率区和调速范围。但该结构会引起其外转子轭部易饱和，并且电机本身磁路也处于高度饱和状态[15]。江苏大学的全力教授[16]提出了一种双转子双凸极永磁电机，该结构的中间转子类似于磁阻式电机结构，因为其简单的结构，不仅有高的机械鲁棒性，也可以有效地避免冷却问题。

由上述可知，目前国内外关于双转子电机结构的研究主要集中在对永磁同步式结构的改进，主要方式是通过改变永磁体排列布置来优化电机内部磁场分布以进一步提高电机性能。

3.2 无刷式

为了保证双转子电机的更优性能，越来越多的学者和研究机构将重点集中在双转子电机的无刷化。根据现有文献，目前双转子电机无刷化研究主要分为两类：一类在不改变原有结构基础上采用第3套电磁机构替换集电环；另一类采用新型结构以实现无刷化。

3.2.1 电磁机构式

华中科技大学的黄声华教授[17]参考变速恒频发电用无刷双馈电机结构，用一套与原转子绕组反相序相连的转子绕组和一套与之相对应的独立定子绕组替代集电环，提出一种无刷双馈双机械端口电机，如图5所示。该结构能够利用磁场完成转差功率的回馈，并且允许内外转子之间有很大的转速差，这意味着它更适用于低速大转矩的混合动力汽车工作环境。黄声华教授[18,19]提出了3种不同的结构布置方案，分析了各方案的原理，并基于仿真验证了它们的可行性。

图5 无刷双馈双机械端口电机结构

华南理工大学的罗玉涛与广州汽车集团的黄向东[20,21]提出用6组互感式非接触集流器替代集电环电磁耦合无级变速器，如图6所示。该系统将电磁滑差耦合式机械传动与级联式电传动相结合，采用非接触旋转输电以实现功率分汇，并且通过将变频和调磁相结合来进行调速,使得系统在某个常规调速范围内保持更高的效率，因此该系统的结构拓扑更加紧凑、调控性能更加优良、运转更加可靠[22]。他们建立了样机有限元模型和数学模型并进行系统建模仿真，分析了EMCVT的功率流向，同时对气隙磁密、反电势等参数进行了仿真分析[23]。

图6 电磁耦合无级变速器结构

3.2.2 爪极式

哈尔滨工业大学的郑萍教授[24]提出了一种无刷爪极双转子电机，并建立基于边界转速转矩特性的数学模型，通过分析电机的磁通密度、转矩特性和损耗等验证了其可行性。该种结构因为不存在端部绕组，有着更高的槽满率和更低的铜损，并且各相轴向布置互相分离，意味着电机设计的容错率更高。具体结构如图7所示。

3.2.3 磁场调制式

哈尔滨工业大学的郑萍教授[25]基于磁场调制原理提出了一种轴向磁场调制无刷双转子电机，并分析了电机的内部连接方式和匹配关系。该磁场调制无刷双转子电机通过调制环转子对内外磁场进行谐波调制，实现调制磁场的极对数匹配，其剖面如图8所示。图8中，TPM为永磁转子转矩；Tm为调制环转子转矩；Ts为第一定子磁场电磁转矩。

图7 无刷爪极式双转子电机三维图

图8 轴向磁场调制无刷双转子电机剖面图

磁场调制无刷双转子电机有效地解决了线圈过热和碳刷滑环不利于稳定性的问题，同时因为更适用于正弦电流驱动，它的转矩波动也更小，通过调节调制环的电流频率能够有效地实现转速解耦，但转矩并不能实现完全解耦控制而是以一定的比率传递。郑萍教授[26]提出了该种电机的6种拓扑结构，并着重分析了径向磁场调制型的结构和内部原理，采用有限元方法分析电机内外磁场，并基于功率因数从永磁体极对数与磁块数匹配、矢跨比、磁块径向厚度和空气气隙长度等方面对电机进行优化。香港理工大学的傅为农教授[27]同样基于磁场调制原理提出双定子双转子无刷电力无级变速器，但该结构的内外定转子集成在同一径向，因此结构更加紧凑，如图9所示。针对该结构内外定转子高度集成，不可避免存在磁场耦合，对两组定子无法简单地独立控制。傅为农教授[28]将轴向和径向两种磁通结构集成在一起，通过轴向磁路上的磁齿轮效应以及磁场集中作用在轴向和径向方向上，有效地简化控制并改善转矩输出特性，并且采用了双外定子结构得到了更高的转矩密度。

综上所述，目前国内外基于不同电机机理提出了各种形式的双转子电机。因为双转子电机内外磁场耦合导致内部磁场分布复杂，为了避免可能带来的扭矩波动、损耗高和控制困难等问题，大部分研究集中在通过改变永磁体布置来改善磁场分布，实现电机性能优化。同时，考虑到汽车对高可靠性的要求，双转子电机无刷化已成为一种趋势，目前的解决方案主要分为两大类，一类是采用第3套电磁机构替代集电环，另一类从电机基本原理上避免集电环的存在。

图9 双定子双转子无刷电力无级变速器结构

4 控制策略

4.1 底层控制

双转子电机虽然具有内外电机集成的特殊结构，但其本质仍然是电机，传统电机的控制方法仍然适用于双转子电机。目前为止，最常用于双转子电机的控制策略仍以矢量控制、直接转矩控制和弱磁控制为主。

对双转子电机控制时，如果采用忽略内外磁场耦合的模型，则电机电感参数与实际会有很大差异，这将引起控制误差，因此必须考虑内外电机线圈之间产生的互感。华中科技大学的庞珽[29]建立了双转子电机同步坐标系，基于该坐标系建立了双转子电机耦合数学模型，并且根据双转子电机在不同工况下的运行需求提出了转速-转速和转矩-转速两种电机控制模式。里尔第一大学等人[30]基于能量宏观表示法EMR对双转子电机系统进行建模，根据系统的能量流动特点建立3条控制链以实现系统控制目标。基于EMR模型，他们提出了转矩协调控制策略，有效地减少了负载转矩变化时内燃机迟滞效应带来的系统转矩波动和动态性能变差，并利用直轴电枢反应使电机气隙磁场减弱，实现了双转子电机的弱磁控制[31,32]。因为传统矢量控制采用id=0的控制方法，没有充分利用电机的磁阻转矩，导致电机效率低下，大不里士大学的Afsharirad H等人[33]针对这一问题将每安培最大转矩控制加入到矢量控制中，仿真结果表明，相比以前的方案，该控制方法有效降低了线圈电阻损耗，提升了电机效率。

文献[34]单独分析双转子电机的巡航工况，提出基于三相半控整流电路的功率直接控制策略。该控制策略可以合理分配内外电机传递回直流母线的能量，实现无等效参数的电池回流能量控制，并且保持发动机工作在高效率曲线的同时满足工况需求。北京理工大学庄兴明等人[7]分析了采用直接转矩控制方法的条件，用空间矢量调制直接转矩控制方法实现辐型磁钢双机械端口电机的解耦控制，使内、外电机能各自独立控制转矩且相互影响很小。

4.2 整车控制

目前双转子电机的整车控制策略以发动机最佳效率工作曲线控制策略为基础。在该控制下发动机输出功率随负载变化而变化，并且发动机工作点始终在最佳效率曲线上变化。为了更加合理协调发动机、双转子电机、动力电池等部件能量分配，最优控制被应用于双转子电机整车控制中以实现基于汽车行驶工况下的系统效率最优。

4.2.1 模糊控制

哈尔滨工业大学的Abdelsalam Ahmed Abdelsalam[35]提出了双转子电机混合动力系统的模糊逻辑全局功率管理策略。该控制策略包含3个模糊逻辑控制器：第1个主要用于控制内燃机使其运行在最高效率工作曲线；第2个用于优化摩擦制动与再生能量制动之间的制动能量分配；第3个是开/关模糊逻辑控制器，主要用于双转子内外电机整车转矩和其它能量分配。该控制策略在满足整车功率需求的情况下，能够有效地控制电池SOC值在合理范围内。图10为双转子电机混合动力系统模糊逻辑全局功率管理策略。图10中，U1为内电机输入电压；U2为外电机输入电压；Pbat为电池功率；m1内电机逆变器控制信号；m2外电机逆变器控制信号；T1_ref为内电机参考转矩；T2_ref为外电机参考转矩；Kd为再生分布因子；Ttot_ref为再生制动参考转矩。

图10 双转子电机混合动力系统模糊逻辑全局功率管理策略

4.2.2 动态规划

哈尔滨工业大学的程远[36]在动态规划算法的基础上提出了双转子电机混合动力系统全局优化控制策略，该全局优化控制策略利用逆序递推算法逆向求取最低油耗。但考虑到动态规划算法需要预知路况情况，实际应用存在难度，为了提高控制策略的可行性，将其用于瞬时发动机工作点确定，改进后基于瞬态的双转子电机混合动力系统全局优化控制策略在兼顾系统效率优化的同时计算量较小，实际应用情况较好。

综上所述，对双转子电机的控制仍然采用内外电机分别控制，为了避免磁场耦合带来的控制偏差，建立基于磁场耦合数学模型的双转子电机解耦控制尤为重要，但目前大多数研究主要集中在优化单个电机控制策略，没有考虑磁场耦合带来的影响，缺乏整体性。而基于双转子电机的整车控制策略主要以发动机最佳效率工作曲线控制策略为基础，通过模糊控制、动态规划等最优策略合理分配发动机、双转子电机、储能装置等部件之间的功率流向，最终实现整车全局能量分配最优。

5 冷却系统

双转子电机因为其高度集成的结构，其内转子散热问题严重，过高的温度会造成永磁体消磁。与传统电机结构相比，双转子电机内转子插槽更深，这也导致更多的铜损，因此双转子电机的冷却要求更高，普通电机的冷却系统无法满足其要求。

5.1 油冷却

上海大学的黄苏融教授[37]提出一种全新的油冷结构，冷却液流通路径如图11所示。通过对温度场仿真及试验测试表明，该油冷却系统可大大降低内转子温度并提高整个系统的效率。

5.2 风冷却

为了避免风冷冷却量不足的问题，东南大学的孙西凯[38]提出一种双层通风口结构的冷却系统，如图12所示。在内转子内部除了存在主通风口，在内转子齿中心还增加了辅助通风口，通过两个通风口的联合散热有效降低内转子温度。通过有限元仿真分析验证了采用辅助通风口结构的内转子温度能得到有效的降低。

5.3 混合冷却

为了进一步提高冷却效果，哈尔滨工业大学的郑萍教授[39]提出了混合冷却系统，该冷却系统采用风冷和水冷相结合的结构，如图13a所示。但根据二维有限元热模型仿真结果发现，外定子绕组降温主要依靠水冷系统而内转子降温主要依靠强制风冷系统，同时外定子上的风冷通道对外定子的综合冷却效率无益。因此对原有冷却系统进行了改进，取消了外定子上的风冷通道，并改变了水冷通道的横截面形状，将数量减少至12个，如图13b所示，结果表明，改进的冷却系统具有更好的散热性能。

图12 内转子双层通风口结构的冷却系统

图13 改进前、后双转子电机混合冷却系统

目前对双转子电机冷却系统研究较少，虽然基于风冷、油冷以及混合冷却等方案被提出，但结构都过于复杂，并不利于双转子电机整体可靠性。

6 双转子电机技术难点分析

6.1 电机参数优化

双转子电机存在功率密度较低、转矩波动较大、低速转矩不够大、弱磁升速能力差等问题，为此需对电机定转子结构、极对数、气隙长度、主要尺寸比等参数进行优化。双转子电机作为动力耦合装置应用于汽车，必然要求其具有较宽的调速能力,同时考虑汽车复杂的行驶工况，为了满足汽车的功率和调速需求，双转子电机的功率参数往往选取过大，这不仅增加了电机的尺寸，也不利于电机工作在高效率区。为了有效改善双转子电机的工作区间，优化电机参数，可以通过将齿轮变速器或行星齿轮机构组与双转子电机相结合的方式来实现整车参数最优匹配。

6.2 冷却系统设计

电机的发热和冷却问题极大地影响了电机的寿命、可靠性和整体性能，过高的温度会直接影响电机的输出转矩。双转子电机的内转子因为其密闭的工作环境，比一般电机对冷却系统的要求更高，虽然油冷方案效果较好，但其对密封性要求苛刻，不仅增加了电机的成本，也降低了安全性。相比传统风冷方案，改进后的风冷方案和混合冷却方案散热效果仍然一般，并且结构过于复杂。一种简单、低成本、高效能的冷却系统仍未提出。

6.3 磁场耦合分析与解耦控制

双转子电机的径向拓扑结构决定了内部必然存在复杂的电磁耦合现象，这大大增加了对双转子电机的控制难度。为了能够实现对双转子电机的精确控制，一些学者从电机本身结构入手，提出分体式结构和异向磁路的双转子电机，前者避免了内外磁场的耦合，但加大了电机的整体布置空间，后者通过改变转子结构布置以改变内外磁路方向降低了磁场耦合，但加大了电机内部结构的复杂度，不利于提高电机可靠性和降低成本。同时，基于变参数模型、电压或转矩等的解耦控制被提出，但这些控制是基于忽略某些复杂变参数的简化模型上得来的，控制存在误差，不能完全满足精确控制要求。

6.4 无刷化

双转子电机的无刷化研究近年来成为研究热点，特别是国内学者基于不同原理提出了不同的无刷结构。但这些结构主要思想是采用第3套电磁机构去替代内转子上的电刷滑环组成的接触式集电环，虽然避免了集电环带来的弊端，但它们却也存在着不足：结构比以前更加复杂，不利于电机的可靠性；能量转换效率较集电环低，造成更多能量的损失；电磁机构的体积和质量比集电环有所增大，导致整个系统功率密度降低[4]。

7 结论及展望

双转子电机因为其优异的性能在汽车领域有着广阔的应用前景。目前全世界对双转子电机的研究主要集中在将其作为动力耦合装置应用于混合动力汽车，但研究仍处于初级阶段，完整的研究体系还未形成，试验研制的样机性能较差并不能满足实际应用。除此之外，因为双转子电机的特殊双机械输出结构比传统电机拥有更灵活的能量流向，更适应汽车复杂多变的行驶工况，将双转子电机作为动力源或轮毂电机应用于纯电动汽车将会具有很大的潜力。综合现阶段双转子电机面临的技术难点，可以得出今后研究重点和发展方向。

a.电机本体优化设计研究。内外电机径向集成结构加大了双转子电机内部复杂度，同时导致内部散热困难，针对定转子结构、极对数、气隙长度、主要尺寸比等参数优化变得尤为重要。

b.解耦控制研究。内外磁场耦合造成电机电磁转矩不能单独控制，增大了控制的难度。为了建立基于坐标变换的解耦控制，需要重点研究准确辨识电机参数的方法，包括双转子转差测量传感器的研发。

c.无刷化研究。为了提高电机可靠性，增加使用寿命，必须避免集电环的使用。虽然目前存在各种第三套电磁机构替代方案，但结构都过于复杂并不利于电机整体性能。

1 赵静.混合动力车用轴向—轴向磁通复合结构永磁同步电机的研究：[学位论文].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2010.

2 陈骁.混合动力汽车用无刷电无级变速器及其控制系统研究：[学位论文].武汉：华中科技大学,2012.

3 Hoeijmakers M J,Ferreia J A.The Electrical Variable Trans⁃mission.IEEE Industry Applications Conference 39th IAS Annual Meeting,Seattle,Washington,US,2004:2770～2777.

4 Hoeijmakers M J,Rondel M.The Electrical Variable Trans⁃mission in a City Bus.35th IEEE Power Electronics Spe⁃cialist Conference,Aachen,Germany,2004:2273～2278.

5 Eriksson S,Sadarangani C.A Four-Quadrant HEV Drive System.IEEE 56th Vehicular Technology Conference,Van⁃couver,Canada,2002:1510～1514.

6 Oosthuizen G I,Randewijk P J.Double-rotor ironless radial flux permanentmagnetmachine.ElectricalMachines (ICEM),2014 International Conference on(pp.496-501).IEEE.

7 Xu Longya.A New Breed of Electrical Mchines-Basic Analysis andApplications of Dual Mechanical Port Elec⁃tric Machines.The 8th International Conference on Electri⁃cal Machines and Systems,Nanjing,2005.

8 庄兴明,宋强,温旭辉,等.辐型磁钢双机械端口电机的解耦控制.中国电机工程学报,2014,34（33）:5925～5933.

9 Fan T,Li Q,Wen X.Finite element analysis of the torque strengthen effect in Unified Field Dual Mechanical ports ma⁃chine//Electric Information and ControlEngineering (ICEICE),2011 International Conference on.IEEE,2011: 5922～5925.

10 Liu Ranran,Zhao Hui,Tong Chengde,et al.Experimental Evaluation of a Radial-Radial-Flux Compound-Structure Permanent-Magnet Synchronous Machine Used for HEVs.IEEE Transactions on Magnetics,2009,45(1):645～649.

11 Zheng Ping,Zhao Jing,Liu Ranran,et al.Magnetic Char⁃acteristics Investigation of an Axial-Axial Flux Compound-Structure PMSM Used for HEVs.IEEE Transactions on Magnetics,2010,46（6）:2191～2194.

12 Zhao Jing,Zheng Ping,Tong Chengde,et al.Design and Experiment of an Axial-Axial Flux Compound-Structure PMSM Used for HEVs.IEEE Vehicle Power and Propul⁃sion Conference,Lille,France,2010:1～5.

13 Zheng Ping,Wu Qian,Bai Jingang,et al.Analysis and Op⁃timization of a Novel Brushless Compound-Structure Per⁃manent-Magnet Synchronous Machine.IEEE Vehicle Pow⁃er and Propulsion Conference,Lille,France,2010:1～5.

14 Cui Shumei,Cheng Yuan,Chan C C.A Basic Study of Elec⁃trical Variable Transmission and Its Application in Hybrid Electric Vehicle.IEEE Vehicle Power and Propulsion Con⁃ference,Windsor,United Kingdom,2006:1～4.

15 韩守亮.用于传动系统的开关磁阻式双转子电机的基础研究：[学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.

16 Qian Ding，Li Quan，Xiaoyong Zhu，et al.Development of a new two-rotor doubly salient permanent magnet motor for hybrid electric vehicles,in Electrical Machines and Sys⁃tems(ICEMS),2011 International Conference on,vol.,no., pp.1～4,20～23 Aug.2011.

17 Chen Xiao,Huang Shenghua,Pang Ting,et al.The Princi⁃ple and Mathematic Model of the Brushless Doubly-Fed Electrical Variable Transmission.IEEE International Con⁃ference on Electrical Machines and Systems,Wuhan, 2008:3617～3621.

18 万山明,陈骁,黄声华.无刷双机械端口电机原理.微电机, 2009,42（7）:5～8,20.

19 陈骁,黄声华,万山明,庞珽.无刷双馈双机械端口电机原理及数学模型.微电机,2009,42（12）:5～8,33.

20 黄向东,罗玉涛,赵克刚,等.电磁耦合无级变速器:中国专利,200520055188.6.2006-12-06.

21 罗玉涛,周斯加,赵克刚,等.电磁耦合无级变速传动系统.机械工程学报,2006,42（8）:35～39.

22 罗玉涛,喻皓,赵克刚.EMCVT的功率流分析与应用仿真.2007年APC联合学术年会.天津,2007.

23 李毓洲,罗玉涛,赵克刚,等.电磁耦合无级变速系统的结构及仿真.华南理工大学学报（自然科学版）,2007,35（2）:37～42.

24 Tong C,Zheng P,Wu Q,et al.A Brushless Claw-Pole Dou⁃ble-Rotor Machine for Power-Split Hybrid Electric Vehi⁃cles.IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61（8）:4295～4305.

25 Zheng P,Song Z,Bai J,et al.Research on an Axial Magnet⁃ic-Field-Modulated Brushless Double Rotor Machine.En⁃ergies,2013,6（9）:4799～4829.

26 Zheng P,Bai J,Tong C,et al.Investigation of a Novel Radi⁃al Magnetic-Field-Modulated Brushless Double-Rotor Machine Used for HEVs.Magnetics IEEE Transactions on, 2013,49（3）:1231～1241.

27 Niu S,Ho S L,Fu W N.A Novel Double-Stator Double-Rotor Brushless Electrical Continuously Variable Transmis⁃sion System.IEEE Transactions on Magnetics,2013,49: 3909-3912.

28 Liu Y,Ho S L,Fu W N.Novel Electrical Continuously Variable Transmission System and its Numerical Model.IEEE Transactions on Magnetics,2014,50（2）:757～760.

29 庞珽.混合动力汽车双机械端口电机及其控制系统研究：[学位论文].武汉：华中科技大学,2010.

30 Cheng Y,Bouscayrol A,Trigui R,et al.Inversion-based control of a PM electric variable transmission//Vehicle Power and Propulsion Conference(VPPC),2011 IEEE.IEEE,2011:1～6.

31 Xu Q,Xu J,Tian D W.Research on coordinate torque con⁃trol strategy for electric variable transmission in HEV//Electrical Machines and Systems(ICEMS),2013 Interna⁃tional Conference on.IEEE,2013:1371～1374.

32 Cheng Y,Bouscayrol A,Trigui R,et al.Field Weakening Control of a PM Electric Variable Transmission for HEV.Journal of Electrical Engineering&Technology,2013,8(5): 1096～1106.

33 Afsharirad H,Sharifian M B B.Improved vector control of dual mechanical port machine for hybrid electric vehicle//Power Electronics,Drive Systems and Technologies Confer⁃ence(PEDSTC),2011 2nd.IEEE,2011:181～186.

34 Wang E,Huang S,Wan S,et al.(2014).A novel control strategy for hev using brushless dual-mechanical-port electrical machine on cruising condition.Journal of Electri⁃cal Engineering&Technology,9（2）,523～531.

35 Abdelsalam A A,Cui S.A Fuzzy Logic Global Power Man⁃agement Strategy for Hybrid Electric Vehicles Based on a Permanent Magnet Electric Variable Transmission.Ener⁃gies,2012,5（4）:1175～1198.

36 程远.基于四端口机电能量变换器的混合动力系统的研究：[学位论文].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2009.

37 黄苏融,刘行,张琪,等.双转轴混合磁路能量变换器及其冷却结构研究.微特电机,2006（9）:1～2，17.

38 Sun X,Cheng M,Hua W,et al.Thermal analysis of dual mechanical port machine for wind power application with co-simulation method.IEEE,2010:1～1.

39 Zheng P,Liu R,Thelin P,et al.Research on the Cooling System of a 4QT Prototype Machine Used for HEV.IEEE Transactions on Energy Conversion,2008,23（1）:61～67.

（责任编辑 文 楫）

修改稿收到日期为2016年8月30日。

Research Progress of Hybrid Power System Based on Dual-rotor Motor

He Ren,Yang Qi

（Jiangsu University,Zhenjiang 212013）

Dual-rotor motor can be widely used in hybrid system for its flexible energy transfer characteristics.In this paper,the structure and working principle of the dual-rotor motor hybrid system was introduced.According to present situation of research both in China and abroad,we compared and analyzed the advantages and disadvantages of the dualrotor motor with different topological structures and introduced the control strategy of motor and vehicle and relevant research achievement of the cooling system design.By summing up the technical difficulties faced for the dual-rotor motor at present stage,we proposed the focus of research and development trend in the future.

Hybrid system,Dualrotor motor,Performance

混合动力系统 双转子电机 性能

U469.72

A

1000-3703（2017）01-0012-08

江苏省高校自然科学研究重大项目（13KJA580001）。