直流无刷电机转矩脉动分析及抑制方法研究

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1、辽宁工业大学硕士学位论文直流无刷电机转矩脉动分析及抑制方法研究专业:车辆工程研究生:赵春生指导教师:王天利教授辽宁工业大学汽车与交通工程学院二〇一五年三月MasterThesisAnalysisandSuppressionMethodResearchofTorqueRippleforBrushlessDCMotorSpeciality:VehicleEngineeringCandidate:ZHAOChun-shengSupervisor:ProfessorWANGTian-liLiaoningUniversityofTechnologyJinzhou,1210

2、01,ChinaMarch2015摘要目前，直流无刷电机转矩脉动的抑制方法主要是电机自身结构的优化，以及控制算法的改进，在特定工况下转矩脉动会有所减弱，但电动汽车驱动电机工况复杂，转矩脉动问题仍较为突出。转矩脉动会引起传动系统的扭转振动，直接降低传动系统的可靠性以及各零部件的使用寿命。鉴于此，本文将结合直流无刷电机转矩脉动的特点，为电动汽车开发一款扭转减振器，削弱电机转矩脉动，进而降低转矩脉动对传动系统的不利影响。主要研究内容如下：首先，从直流无刷电机的结构和工作原理出发，分析转矩脉动的产生机理及特点。之后利用转矩传感器、磁粉制动器和数据采集卡等，开发基于虚拟仪

3、器的转矩脉动测试系统，对电机转矩脉动进行实测，分析电机输出转矩脉动的真实特点。然后，建立电机转子扭转振动数学模型，得到电机输出转矩脉动与扭转振动的关系。并通过分析动力阻尼式扭转减振器和隔振式扭转减振器对转矩脉动的影响，得出隔振式扭转减振器能削弱电机较大转速范围内的转矩脉动。最后，选择以橡胶为弹性元件的隔振式扭转减振器削弱电机转矩脉动。根据刚度和强度要求确定扭转减振器的相关尺寸，并在CATIA中建立扭转减振器的三维模型。之后利用ABAQUS对扭转减振器进行静力学和动力学仿真，分析其刚度、强度以及动态特性。经研究可知，直流无刷电机输出转矩脉动主要为换相转矩脉动，其频

4、率与电机转速成线性关系，扭转减振器能有效削弱电动汽车常用车速下的驱动电机输出转矩脉动。关键词：直流无刷电机；转矩脉动；抑制方法；扭转减振器；有限元分析IAbstractCurrentlysuppressionmethodofbrushlessDCmotortorquerippleismainlytooptimizethemotorstructureandimprovecontrolalgorithm.Undercertainconditions,torqueripplecanbeweakenedtosomeextent.Butelectricvehicledri

5、vemotorundercomplexcondition,torquerippleproblemisstillprominent.Torqueripplecancausetorsionalvibrationoftransmissionsystemanddirectlyreducethereliabilityoftransmissionsystemaswellasreduceservicelifeofvariouscomponents.Therefore,combiningthecharacteristicsofbrushlessDCmotortorqueripp

6、le,torsionalvibrationdamperisdevelopedtoimpairmotortorquerippleforelectricvehiclesoastoreducetheadverseimpactoftransmissionsystemimposedbytorqueripple.Themainresearchcontentisasfollows:Firstly,generationmechanismandcharacteristicsoftorquerippleisanalyzedbystudyingthestructureandworki

7、ngprincipleofbrushlessDCmotor.Thentorquerippletestsystembasedonvirtualinstrumentisdevelopedbyusingtorquesensor,magneticbrakeanddataacquisitioncardetc.Thetestsystemisusedtomeasuremotortorquerippleandanalyzetherealcharacteristicsofmotoroutputtorqueripple.Secondly,torsionalvibrationmath

8、ematicalmode