【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】兩種42V電動助力轉(zhuǎn)向器的設計與比較

【機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯】兩種42V電動助力轉(zhuǎn)向器的設計與比較,機械類畢業(yè)論文中英文對照文獻翻譯,機械類,畢業(yè)論文,中英文,對照,對比,比照,文獻,翻譯,42,電動,助力,轉(zhuǎn)向器,設計,比較 附錄3 外文翻譯 附錄3 兩種42V電動助力轉(zhuǎn)向器的設計與比較 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)電機的設計方案。特別是，對于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中的三階永磁同步電機是由交換機冗余電源轉(zhuǎn)換器和一個六相感應電機（IM6）組成的。其中IM6是由一個新型六開關轉(zhuǎn)換器控制的，且將廣泛應用于未來型42V的直流系統(tǒng)中。磁路設計已充分利用了有限元優(yōu)化分析軟件。IM6是一個經(jīng)典的磁路，來自傳統(tǒng)的三相鼠籠式異步電機，由于其功耗低所以被使用。然而，最終的設計結果將會在重量功率比的基礎上進行比較。 關鍵詞： 永磁同步電機- 感應機-容錯設計-電動助力轉(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，諸如電子自動氣候控制，娛樂系統(tǒng)，防抱死制動系統(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)標準化是至關重要的，尤其是當考慮到一個系統(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)已基本完成了幾個主要的子系統(tǒng)的改變，即發(fā)電機，電池，點火，照明，喇叭，時鐘和手搖馬達。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)標準的制定會議。對于高級汽車電氣、電子元件和系統(tǒng)組織，協(xié)會已經(jīng)和麻省理工學院協(xié)調(diào)，并約有39個確立的電壓標準和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兼顧到EPS容錯能力的設備。永磁同步電動機的容錯能力集中在電力電子轉(zhuǎn)換器上。而IM6，重點將更多地側重于定子繞組沒有增加的情況下電力電子轉(zhuǎn)換器的復雜性改善。 二、設計規(guī)范 EPS主要是應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)相關的摩擦損失。分析目前存在的電動助力機構，可以發(fā)現(xiàn)小型和中等規(guī)模的車輛上，采用簡單的高速六向點擊驅(qū)動，來達到最大扭矩/轉(zhuǎn)速，其速度可以固定在3000rpm。永磁同步電動機是一個額定頻率為100赫茲的4向電機，而IM6是額定頻率為50赫茲的2向電機。額定扭矩是0.3nm，適合小型車的要求。 當然，因為它是一個嵌入式汽車系統(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)行容錯系統(tǒng)，提出了兩個交流電機： 三相永磁同步電動機內(nèi)部增加了多余的VSI系列新型減速器和對應的轉(zhuǎn)向柱。 - 最初的6個開關控制的IM6 VSI系列 - 常見的設計參數(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 這個驅(qū)動器，一個可能結構圖見圖2。 在一個組件毀壞的情況下，只有某階段對應的控制器是是斷開的[5]。因此 ，一個故障可能損壞了兩個階段。 B轉(zhuǎn)子結構 [在這種設計中，要達到的目標是減少數(shù)量和總重量，以磁體的體積，從而降低成本 [6]。作為轉(zhuǎn)矩脈動的動態(tài)特性其目標是電力與電子的監(jiān)視和控制。 調(diào)查主要是了解轉(zhuǎn)子結構，這個是一個定子繞組傳統(tǒng)分布之一。并對定子改善的可能性進行研究。 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.）。 結構如圖3.C.所選擇的是一個例子，它具有良好的功率和重量比來滿足汽車的應用要求[9]。這種結構也有能力產(chǎn)生正弦正反電動勢。安裝永磁轉(zhuǎn)子通常用于產(chǎn)生梯形的直流電機的反電動勢。圖4顯示了回旋電動勢關聯(lián)的正弦和方波電流形狀。正弦交流反電動勢電機更容易產(chǎn)生梯形電動勢[10]。 這種結構可提高優(yōu)化磁路的規(guī)模，疏通通障礙，避免磁路短路 ， 并以最好的方式進行疏通，如圖5所示。 C.設計程序 考慮到設計變量的約束，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)學算法，可用于優(yōu)化與幾何約束有關的機械結構。n個優(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 * 最小化的一個目標函數(shù) f： f(X*) = MinXf(X) ?X * 驗證約束下的可行性域： ?* hi(X*) = 0???? * gj(X*)≥0 * Xli≤X * i≤Xui X * 必須達到的目的 X *必須達到的最小標準與期望的目標。還必須驗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的計算按照設計指標進行參數(shù)的模型選定。分析模塊應用于三個領域（圖6） 在優(yōu)化模塊管理f（x）的基礎上進行變量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)的最終機械設計的四分之一。 四、六相感應機 (IM6) 設計 異步電機可以建立在任何數(shù)量的定子上。超過3個階段的可以被稱為高相電機。他的優(yōu)勢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）用于諧波損失和運動能力的啟動和運行時期開發(fā)的[11]，[12]。基本的想法是設計一個感應設備來建立一個可靠的應用程序。眾所周知的一臺機器必須由靜止變流器的電壓（VSI）驅(qū)動。因此，有必要盡量減少定子和轉(zhuǎn)子槽的數(shù)量，電源開關的VSI和機器的定子階段的數(shù)目。傳統(tǒng)的異步電動機定子有三個階段，6個控制開關，是不適用的。Welchko與Lipo [13]發(fā)表了新的三相異步電動機驅(qū)動系統(tǒng)只用三個開關控制。事實上，3個階段和三個控制開關結構可滿足一個三相異步電機和一個VSI（圖8）的運行。盡管電流是單向的，但是定子中性點允許相電流流通產(chǎn)生一個適當?shù)男D(zhuǎn)氣隙通量來加以彌補。 目前這種結構的主要缺點是，在在斷開定子階段的情況下，機器無法正常運行。這一事實十分不利于它的可靠性和長期應用。另一方面，這個電機，不能用于被動直流環(huán)節(jié)。對本電路的檢查發(fā)現(xiàn)，直流母線上的供應Vb1不具有放電路徑。在所有的可能的開關狀態(tài)下，它是不能通過從發(fā)動機充電的。為了解決這個問題，提出了個想法，就是提高機器的相數(shù)以使用一個中間點直流母線。 擬轉(zhuǎn)換器拓撲結構（圖9）允許IM6給它們驅(qū)動的單向定子電流進行測序，這樣通過旋轉(zhuǎn)空氣間隙流量，使執(zhí)行機器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。 使用一個簡單的IM6，驅(qū)動系統(tǒng)需要對應一個感應電機和一個中間點，來疏通直流母線。特別的，如果電機的階段之一丟失，IM6允許一個非對稱繞組結構繼續(xù)運作。對于這臺機器，定子槽的最低數(shù)量為12項2桿。這一事實可以使用一個很簡單的2極三相鼠籠式異步電機IM6實現(xiàn)。 三、三相永磁材料內(nèi)部永磁同步電機的設計 A.IM6的結構 在磁場結構中使用的90W-3000rpm 三相鼠籠式異步電動機是非常適應嵌入式應用的。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)子直徑四十一點五毫米和核心長度四十五點七毫米?？p隙中的這臺機器的差距是0.2毫米。 B．程序設計 這臺機器設計的任務主要就是六相定子繞組了。設計交流繞組計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，計算各種線圈的匝數(shù)和直徑的大小。 該階段的機器數(shù)量應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?shù)?。這種情況下，因為對于一個給定技術的限制，有兩個版本是基于相帶的兩個可能是基于帶角[11]。例如，幾乎所有的三相交流電動機都有60 °相帶，但對于三相交流電動機，有時120 °相帶與60 °相帶有著不同的特性版本。 計算相位角時，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。要設計一個六相機，帶相角β是60 °，每個階段的相數(shù)is 3 and the是3，定子終端的最低相數(shù)為6。圖11顯示的是一個星型連接六個階段的感應電機的示意圖。 使用原始的繞組連接 (Fig.12)，它是由一個quasi-constant的穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩的電壓電容與一個VSI建立的IM6組成的，設計階段帶角度β為 60 °，每極相帶數(shù)是 3，定子終端數(shù)為 12。 此定子每個階段都是由一個單一的線圈組成。第六階段是由60 °和60 °相軸之間。.對于24定子槽，存在著12個線圈，而且是兩相線圈，每相都產(chǎn)生2極。對于階段 C和B，他們是在不同的時段通過移動放置4一極（4個插槽）使所有的線圈相串連接，形成一個電流路徑。 從這些參數(shù)中，總通量，每槽線圈數(shù)以及導線的數(shù)量可以用簡單的分析計算公式[14]。 每一階段的圈數(shù)和不同的導體線圈和漿紗匝數(shù)可以分別由表達式（2），（3）及（4）計算。三相異步電機總的通量φ根據(jù)特性曲線計算。 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 一導體尺寸 (mm2) P 額定功率 (W) E 線路電壓 (V) n 同步速度 (標注/s) B 磁場 (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核心長度 （毫米） 設計IM6要求每一個單層 30(60 每相) 插槽和0.65mm2 的線在一段。在此IM6 的效率η 是理論上的電機電流密度為75 % A=4/mm2在沒有考慮到核心損失下的電機效率。 五、設計比較 最后合格的設計參數(shù)，需要兩個具有相同的性能和規(guī)格作動器。重量和高扭矩比是兩個重要的功能，可以從設計過程中計算。 他們在汽車的應用程序上是非常重要的，在一個地點的參數(shù)保存中總是要求第一個比較的條件就是轉(zhuǎn)子量。事實上，這兩個定子外部尺寸將影響到大多數(shù)嵌入式電機的冷卻條件。 表一 轉(zhuǎn)子參數(shù)的設計比較 三相永磁同步電動機 IM6 外轉(zhuǎn)子直徑 33.9mm 41.5mm 核心的長度 40mm 41mm 轉(zhuǎn)子數(shù)量 36.1cm3 63.5cm3 在表一中，比較了主旋翼機器設計的尺寸。從功率重量比中，可以推斷出，因為兩臺機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通過高通量密度磁鐵（NdFeB）引起的 。 六、結論 兩種不同的嵌入式交流驅(qū)動器都被設計為42V的直流驅(qū)動器。由于數(shù)量和功率的優(yōu)點得到了長期應用，從重量比中可以看出IM6比永磁同步電動機有明顯優(yōu)勢。 然而，在其他的標準中如效率，在傳感器，電力電子，控制電路的成本也要加以比較。.事實上，為了達到對IM6的動態(tài)響應將會使用矢量控制的永磁同步電動機加以配合才能使自我控制技術在長期的使用中達到良好的效果。然后就是必須對 IM6的容錯機構進行仔細研究。一段時間以后將對這些建議進行評并應用到估嵌入式EPS的標準上。 七、致謝 作者們感謝皮卡區(qū)域市政局（Amiens，法國），給予這項研究和技術發(fā)展計劃項目“模擬工程科學（MIS）的財政支持 23 燕山大學畢業(yè)設計（論文）評審意見表 指導教師評語： 成績： 指導教師簽字： 年 月 日 評閱人評語： 成績： 評閱人簽字： 年 月 日 燕山大學畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語表 答辯委員會評語： 總成績： 答辯委員會成員簽字： 答辯委員會主席簽字： 年 月 日