当前,面对全球能源危机与环境污染问题日益严重,纯电动汽车(Battery-Based Electric Vehicle,Battery-Based EV)和混合动力车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)应运而生。纯电动汽车是将来汽车行业发展的最终目标,但受制于电池和充电设施不完善,需混合动力车作为过渡阶段。混合动力车相比纯电动汽车,其技术更加成熟,具有驱动力高、耐久性强、燃油经济性高于传统燃油汽车、对外部设施的需求少等优点。混合动力车中的动力分配装置采用复合结构双转子电机(Compound-Structure Dual-Rotor Motor,CSDR Motor),该电机可以简化整车结构,通过与内燃机和蓄电池的合理匹配,并采取适当的转矩、转速控制策略,满足混合动力车在不同工况下的动力性、舒适性、节能性与环保性。由此可见,基于复合结构双转子电机的混合动力车将成为缓解未来资源、能源以及环境问题的主流汽车。通过分析基于复合结构双转子电机的混合动力车的功率分流模式可知,电磁场间的耦合作用虽然提高了车辆的燃油经济性和降低废气排放,但也造成复合结构双转子电机中存在严重的电磁耦合问题,大大降低了系统的功率因数和功率密度,并导致电磁损耗增加,是该类电机较难解决的问题之一。本文将主要研究混合动力车用的两种复合结构双转子电机,即复合结构感应电机(Electric Variable Transmission,EVT)和复合结构永磁电机(Compound-Structure Permanent-Magnet Motor,CSPM Motor)的电磁耦合问题及结构优化设计:首先,介绍基于复合结构双转子电机的混合动力车的系统组成,分析运行机理。同时分析基于复合结构双转子电机的混合动力车不同的工作模式,其可以在不同的路况下切换,以实现车辆怠速停车、功率补偿、制动能量回馈等功能。但复杂的能量流导致磁场易饱和,影响电机的工作性能。为展开对复合结构双转子电机中的电磁耦合问题及结构优化设计的研究,本文将混合动力车用复合结构双转子电机与丰田Prius系列混合动力车中的丰田混合动力系统(Toyota Hybrid System,THS)进行参数匹配,提出最佳参数匹配方案,在具备与THS相同的动力性能的前提下,获得复合结构双转子电机的功率设计参数。接下来,分别对混合动力车用复合结构感应电机和复合结构永磁电机进行电磁结构优化设计。分别提出两种电机的等值磁路模型,以研究在复合励磁源下影响电机耦合程度的因素,以改善解耦效果。提出两种电机在三相静止坐标系下的状态方程,以研究该电机的转矩特性。建立有限元模型,基于影响耦合程度的因素分别研究复合结构感应电机和复合结构永磁电机的内部磁场分布规律。采用二维有限元法分别对两台电机的电磁参数进行参数扫描,探索不同结构尺寸对转矩特性的影响规律,并合理选择电磁参数,以减小转矩脉动。利用有限元电磁仿真分析,依据所选参数建立两种电机的有限元模型,证明电磁结构优化设计的合理性。最后,对全文进行总结与展望,指出需继续研究的方向,为优化设计复合结构双转子电机以提高电机的动态性能,促进该电机在混合动力车及其他领域中的进一步应用提供研究思路与理论借鉴。