【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】?jī)煞N42V電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與比較

【機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯】?jī)煞N42V電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與比較,機(jī)械類畢業(yè)論文中英文對(duì)照文獻(xiàn)翻譯,機(jī)械類,畢業(yè)論文,中英文,對(duì)照,對(duì)比,比照,文獻(xiàn),翻譯,42,電動(dòng),助力,轉(zhuǎn)向器,設(shè)計(jì),比較 附錄3 外文翻譯 附錄3 兩種42V電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向器的設(shè)計(jì)與比較 Gerard Aroquiadassou1, Humberto Henao1, Member IEEE, Vincent Lanfranchi2, Franck Betin1, Member IEEE, Babak Nahidmobarakeh1, Member IEEE, Gerard-Andre Capolino1, Fellow IEEE, Jean- Marie Biedinger2, Guy Friedrich2 1 University of Picardie Jules Verne – Department of Electrical Engineering 33, rue Saint Leu, 80039 Amiens Cedex 1, FRANCE 2 University of Technology of Compiègne (LEC), BP 20529, 60205 Compiègne Cedex, FRANCE [摘要]：本文提出了兩種42V旋轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)計(jì)方案。特別是，對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中的三階永磁同步電機(jī)是由交換機(jī)冗余電源轉(zhuǎn)換器和一個(gè)六相感應(yīng)電機(jī)（IM6）組成的。其中IM6是由一個(gè)新型六開關(guān)轉(zhuǎn)換器控制的，且將廣泛應(yīng)用于未來型42V的直流系統(tǒng)中。磁路設(shè)計(jì)已充分利用了有限元優(yōu)化分析軟件。IM6是一個(gè)經(jīng)典的磁路，來自傳統(tǒng)的三相鼠籠式異步電機(jī)，由于其功耗低所以被使用。然而，最終的設(shè)計(jì)結(jié)果將會(huì)在重量功率比的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較。 關(guān)鍵詞： 永磁同步電機(jī)- 感應(yīng)機(jī)-容錯(cuò)設(shè)計(jì)-電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 一、引言 汽車行業(yè)今天面臨著日益增加的電力需求，它主要體現(xiàn)在指的是續(xù)航能力在電源板上的使用。電器及電子功能已經(jīng)在多種系統(tǒng)得以增強(qiáng)，諸如電子自動(dòng)氣候控制，娛樂系統(tǒng)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）和牽引力控制（TC）系統(tǒng)，使得客戶舒適，方便和安全。電力系統(tǒng)必須得到良好的發(fā)展來滿足電力的需求和復(fù)雜的布線線束。今天典型的豪華車是從電氣系統(tǒng)上吸引1,200 W到1500 W穩(wěn)態(tài)功率，并擁有約2.5公里的電線及約350個(gè)連接器和線束削減致近1500W。穩(wěn)態(tài)電力的需要，在今后幾年控制在3000W到7000W范圍內(nèi)。 電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化是至關(guān)重要的，尤其是當(dāng)考慮到一個(gè)系統(tǒng)電壓的不斷增加。自從1955年，該行業(yè)由6V電池改變至12V的電池，過去兩年內(nèi)已基本完成了幾個(gè)主要的子系統(tǒng)的改變，即發(fā)電機(jī)，電池，點(diǎn)火，照明，喇叭，時(shí)鐘和手搖馬達(dá)。今天，受影響的子系統(tǒng)是比較巨大的，改變今天的電力系統(tǒng)幾乎影響了所有的部件，子系統(tǒng)和系統(tǒng)。這就是為什么汽車原始設(shè)備制造商在北美，歐洲和亞洲正在參加下一代全球電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定會(huì)議。對(duì)于高級(jí)汽車電氣、電子元件和系統(tǒng)組織，協(xié)會(huì)已經(jīng)和麻省理工學(xué)院協(xié)調(diào)，并約有39個(gè)確立的電壓標(biāo)準(zhǔn)和42V的PowerNet開發(fā)規(guī)范[1]。 本文件最重要的創(chuàng)意之一是建立了一個(gè)兼顧到EPS容錯(cuò)能力的設(shè)備。永磁同步電動(dòng)機(jī)的容錯(cuò)能力集中在電力電子轉(zhuǎn)換器上。而IM6，重點(diǎn)將更多地側(cè)重于定子繞組沒有增加的情況下電力電子轉(zhuǎn)換器的復(fù)雜性改善。 二、設(shè)計(jì)規(guī)范 EPS主要是應(yīng)用在小型和中等大小車輛的轉(zhuǎn)向器上，消除了通常與液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相關(guān)的摩擦損失。分析目前存在的電動(dòng)助力機(jī)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)小型和中等規(guī)模的車輛上，采用簡(jiǎn)單的高速六向點(diǎn)擊驅(qū)動(dòng)，來達(dá)到最大扭矩/轉(zhuǎn)速，其速度可以固定在3000rpm。永磁同步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)額定頻率為100赫茲的4向電機(jī)，而IM6是額定頻率為50赫茲的2向電機(jī)。額定扭矩是0.3nm，適合小型車的要求。 當(dāng)然，因?yàn)樗且粋€(gè)嵌入式汽車系統(tǒng)，電壓源逆變器公司（VSI）制造了42V的直流執(zhí)行器。然后，為了執(zhí)行容錯(cuò)系統(tǒng)，提出了兩個(gè)交流電機(jī)： 三相永磁同步電動(dòng)機(jī)內(nèi)部增加了多余的VSI系列新型減速器和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向柱。 - 最初的6個(gè)開關(guān)控制的IM6 VSI系列 - 常見的設(shè)計(jì)參數(shù)為： - 額定功率： 90W - 額定轉(zhuǎn)矩： 0.3nm - 額定轉(zhuǎn)速： 3000rpm - Rate 直流電池供電電壓： :42V 這個(gè)驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)可能結(jié)構(gòu)圖見圖2。 在一個(gè)組件毀壞的情況下，只有某階段對(duì)應(yīng)的控制器是是斷開的[5]。因此 ，一個(gè)故障可能損壞了兩個(gè)階段。 B轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) [在這種設(shè)計(jì)中，要達(dá)到的目標(biāo)是減少數(shù)量和總重量，以磁體的體積，從而降低成本 [6]。作為轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性其目標(biāo)是電力與電子的監(jiān)視和控制。 調(diào)查主要是了解轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，這個(gè)是一個(gè)定子繞組傳統(tǒng)分布之一。并對(duì)定子改善的可能性進(jìn)行研究。 轉(zhuǎn)子上安裝 [7] 的磁體，[8]，可分為兩類：分為表面磁轉(zhuǎn)子（Fig.3.a和b）和內(nèi)部磁鐵轉(zhuǎn)子（圖3.C.）。 結(jié)構(gòu)如圖3.C.所選擇的是一個(gè)例子，它具有良好的功率和重量比來滿足汽車的應(yīng)用要求[9]。這種結(jié)構(gòu)也有能力產(chǎn)生正弦正反電動(dòng)勢(shì)。安裝永磁轉(zhuǎn)子通常用于產(chǎn)生梯形的直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)。圖4顯示了回旋電動(dòng)勢(shì)關(guān)聯(lián)的正弦和方波電流形狀。正弦交流反電動(dòng)勢(shì)電機(jī)更容易產(chǎn)生梯形電動(dòng)勢(shì)[10]。 這種結(jié)構(gòu)可提高優(yōu)化磁路的規(guī)模，疏通通障礙，避免磁路短路 ， 并以最好的方式進(jìn)行疏通，如圖5所示。 C.設(shè)計(jì)程序 考慮到設(shè)計(jì)變量的約束，數(shù)字的優(yōu)化與選擇顯得更加重要。變量分為離散和連續(xù)兩種。如果離散變量是固定的（例如定子的槽數(shù)），非線性的數(shù)學(xué)算法，可用于優(yōu)化與幾何約束有關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。n個(gè)優(yōu)化變量體現(xiàn)出了X的選擇，以找到最佳值，X *，如下所示。 ?X * 最小化的一個(gè)目標(biāo)函數(shù) f： f(X*) = MinXf(X) ?X * 驗(yàn)證約束下的可行性域： ?* hi(X*) = 0???? * gj(X*)≥0 * Xli≤X * i≤Xui X * 必須達(dá)到的目的 X *必須達(dá)到的最小標(biāo)準(zhǔn)與期望的目標(biāo)。還必須驗(yàn)證平等和不平等的限制，而在允許值的范圍一致。例如，如果磁體厚度是有限的，必須選擇： ?X： Xg = 幾何參數(shù) ???????????? Xf = 功能參數(shù) ?f(X) = 磁鐵厚度 ?g1 (X) = 外徑≤D_max ?gi(X) = 所需的扭矩≥Tmin 該方法是用于分析模塊和優(yōu)化模塊。分析模塊使用的變量X的計(jì)算按照設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)的模型選定。分析模塊應(yīng)用于三個(gè)領(lǐng)域（圖6） 在優(yōu)化模塊管理f（x）的基礎(chǔ)上進(jìn)行變量X和g（x）的分析模塊提供的信息。圖7是與以前的方法獲得的所有幾何數(shù)據(jù)的最終機(jī)械設(shè)計(jì)的四分之一。 四、六相感應(yīng)機(jī) (IM6) 設(shè)計(jì) 異步電機(jī)可以建立在任何數(shù)量的定子上。超過3個(gè)階段的可以被稱為高相電機(jī)。他的優(yōu)勢(shì)是給予每相低電流額定的電壓，降低轉(zhuǎn)矩脈沖幅度，低頻轉(zhuǎn)子是電壓源逆變器公司（VSI）用于諧波損失和運(yùn)動(dòng)能力的啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)期開發(fā)的[11]，[12]。基本的想法是設(shè)計(jì)一個(gè)感應(yīng)設(shè)備來建立一個(gè)可靠的應(yīng)用程序。眾所周知的一臺(tái)機(jī)器必須由靜止變流器的電壓（VSI）驅(qū)動(dòng)。因此，有必要盡量減少定子和轉(zhuǎn)子槽的數(shù)量，電源開關(guān)的VSI和機(jī)器的定子階段的數(shù)目。傳統(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)定子有三個(gè)階段，6個(gè)控制開關(guān)，是不適用的。Welchko與Lipo [13]發(fā)表了新的三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只用三個(gè)開關(guān)控制。事實(shí)上，3個(gè)階段和三個(gè)控制開關(guān)結(jié)構(gòu)可滿足一個(gè)三相異步電機(jī)和一個(gè)VSI（圖8）的運(yùn)行。盡管電流是單向的，但是定子中性點(diǎn)允許相電流流通產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)氣隙通量來加以彌補(bǔ)。 目前這種結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是，在在斷開定子階段的情況下，機(jī)器無法正常運(yùn)行。這一事實(shí)十分不利于它的可靠性和長(zhǎng)期應(yīng)用。另一方面，這個(gè)電機(jī)，不能用于被動(dòng)直流環(huán)節(jié)。對(duì)本電路的檢查發(fā)現(xiàn)，直流母線上的供應(yīng)Vb1不具有放電路徑。在所有的可能的開關(guān)狀態(tài)下，它是不能通過從發(fā)動(dòng)機(jī)充電的。為了解決這個(gè)問題，提出了個(gè)想法，就是提高機(jī)器的相數(shù)以使用一個(gè)中間點(diǎn)直流母線。 擬轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖9）允許IM6給它們驅(qū)動(dòng)的單向定子電流進(jìn)行測(cè)序，這樣通過旋轉(zhuǎn)空氣間隙流量，使執(zhí)行機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 使用一個(gè)簡(jiǎn)單的IM6，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要對(duì)應(yīng)一個(gè)感應(yīng)電機(jī)和一個(gè)中間點(diǎn)，來疏通直流母線。特別的，如果電機(jī)的階段之一丟失，IM6允許一個(gè)非對(duì)稱繞組結(jié)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)作。對(duì)于這臺(tái)機(jī)器，定子槽的最低數(shù)量為12項(xiàng)2桿。這一事實(shí)可以使用一個(gè)很簡(jiǎn)單的2極三相鼠籠式異步電機(jī)IM6實(shí)現(xiàn)。 三、三相永磁材料內(nèi)部永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì) A.IM6的結(jié)構(gòu) 在磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)中使用的90W-3000rpm 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)是非常適應(yīng)嵌入式應(yīng)用的。在定子和轉(zhuǎn)子的幾何特征磁路中由24插槽的定子和轉(zhuǎn)子向（圖10）18插槽轉(zhuǎn)變。定子內(nèi)徑41.9毫米，轉(zhuǎn)子直徑四十一點(diǎn)五毫米和核心長(zhǎng)度四十五點(diǎn)七毫米?？p隙中的這臺(tái)機(jī)器的差距是0.2毫米。 B．程序設(shè)計(jì) 這臺(tái)機(jī)器設(shè)計(jì)的任務(wù)主要就是六相定子繞組了。設(shè)計(jì)交流繞組計(jì)劃把槽線圈分配在不同階段，確立雙方線圈每相之間相連接的線圈電流方向，計(jì)算各種線圈的匝數(shù)和直徑的大小。 該階段的機(jī)器數(shù)量應(yīng)與終端排除定子的數(shù)目相同。然而，給各階段的數(shù)目并不總是適當(dāng)?shù)?。這種情況下，因?yàn)閷?duì)于一個(gè)給定技術(shù)的限制，有兩個(gè)版本是基于相帶的兩個(gè)可能是基于帶角[11]。例如，幾乎所有的三相交流電動(dòng)機(jī)都有60 °相帶，但對(duì)于三相交流電動(dòng)機(jī)，有時(shí)120 °相帶與60 °相帶有著不同的特性版本。 計(jì)算相位角時(shí)，可以方便地指定每極相帶數(shù)目。由下式給出： 其中 β 是中電度相帶。要設(shè)計(jì)一個(gè)六相機(jī)，帶相角β是60 °，每個(gè)階段的相數(shù)is 3 and the是3，定子終端的最低相數(shù)為6。圖11顯示的是一個(gè)星型連接六個(gè)階段的感應(yīng)電機(jī)的示意圖。 使用原始的繞組連接 (Fig.12)，它是由一個(gè)quasi-constant的穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩的電壓電容與一個(gè)VSI建立的IM6組成的，設(shè)計(jì)階段帶角度β為 60 °，每極相帶數(shù)是 3，定子終端數(shù)為 12。 此定子每個(gè)階段都是由一個(gè)單一的線圈組成。第六階段是由60 °和60 °相軸之間。.對(duì)于24定子槽，存在著12個(gè)線圈，而且是兩相線圈，每相都產(chǎn)生2極。對(duì)于階段 C和B，他們是在不同的時(shí)段通過移動(dòng)放置4一極（4個(gè)插槽）使所有的線圈相串連接，形成一個(gè)電流路徑。 從這些參數(shù)中，總通量，每槽線圈數(shù)以及導(dǎo)線的數(shù)量可以用簡(jiǎn)單的分析計(jì)算公式[14]。 每一階段的圈數(shù)和不同的導(dǎo)體線圈和漿紗匝數(shù)可以分別由表達(dá)式（2），（3）及（4）計(jì)算。三相異步電機(jī)總的通量φ根據(jù)特性曲線計(jì)算。 N 系列的每一圈數(shù)階段 Vc ' Vb c N 不同線圈的圈數(shù) es N 定子插槽數(shù) s 一導(dǎo)體尺寸 (mm2) P 額定功率 (W) E 線路電壓 (V) n 同步速度 (標(biāo)注/s) B 磁場(chǎng) (T) φ總通 (mWb) sJ電流密度 (A/mm2) η效率 m 數(shù)字的階段 λ功率因素 q 每相極每插槽數(shù) dk繞組分布系數(shù) pk瀝青因子 df通量分布系數(shù) pf通量形式因素 sD內(nèi)部定子直徑 (mm) c1核心長(zhǎng)度 （毫米） 設(shè)計(jì)IM6要求每一個(gè)單層 30(60 每相) 插槽和0.65mm2 的線在一段。在此IM6 的效率η 是理論上的電機(jī)電流密度為75 % A=4/mm2在沒有考慮到核心損失下的電機(jī)效率。 五、設(shè)計(jì)比較 最后合格的設(shè)計(jì)參數(shù)，需要兩個(gè)具有相同的性能和規(guī)格作動(dòng)器。重量和高扭矩比是兩個(gè)重要的功能，可以從設(shè)計(jì)過程中計(jì)算。 他們?cè)谄嚨膽?yīng)用程序上是非常重要的，在一個(gè)地點(diǎn)的參數(shù)保存中總是要求第一個(gè)比較的條件就是轉(zhuǎn)子量。事實(shí)上，這兩個(gè)定子外部尺寸將影響到大多數(shù)嵌入式電機(jī)的冷卻條件。 表一 轉(zhuǎn)子參數(shù)的設(shè)計(jì)比較 三相永磁同步電動(dòng)機(jī) IM6 外轉(zhuǎn)子直徑 33.9mm 41.5mm 核心的長(zhǎng)度 40mm 41mm 轉(zhuǎn)子數(shù)量 36.1cm3 63.5cm3 在表一中，比較了主旋翼機(jī)器設(shè)計(jì)的尺寸。從功率重量比中，可以推斷出，因?yàn)閮膳_(tái)機(jī)器具有相同的速度和重量密度，明顯說明其有著不同的磁性材料。這顯然是由于更高的同步電機(jī)通過高通量密度磁鐵（NdFeB）引起的 。 六、結(jié)論 兩種不同的嵌入式交流驅(qū)動(dòng)器都被設(shè)計(jì)為42V的直流驅(qū)動(dòng)器。由于數(shù)量和功率的優(yōu)點(diǎn)得到了長(zhǎng)期應(yīng)用，從重量比中可以看出IM6比永磁同步電動(dòng)機(jī)有明顯優(yōu)勢(shì)。 然而，在其他的標(biāo)準(zhǔn)中如效率，在傳感器，電力電子，控制電路的成本也要加以比較。.事實(shí)上，為了達(dá)到對(duì)IM6的動(dòng)態(tài)響應(yīng)將會(huì)使用矢量控制的永磁同步電動(dòng)機(jī)加以配合才能使自我控制技術(shù)在長(zhǎng)期的使用中達(dá)到良好的效果。然后就是必須對(duì) IM6的容錯(cuò)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)研究。一段時(shí)間以后將對(duì)這些建議進(jìn)行評(píng)并應(yīng)用到估嵌入式EPS的標(biāo)準(zhǔn)上。 七、致謝 作者們感謝皮卡區(qū)域市政局（Amiens，法國(guó)），給予這項(xiàng)研究和技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“模擬工程科學(xué)（MIS）的財(cái)政支持 23 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)審意見表 指導(dǎo)教師評(píng)語： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)語： 成績(jī)： 評(píng)閱人簽字： 年 月 日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語表 答辯委員會(huì)評(píng)語： 總成績(jī)： 答辯委員會(huì)成員簽字： 答辯委員會(huì)主席簽字： 年 月 日