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原文传递电动汽车电驱动系统机-电-磁多场耦合动力学建模及振动特性研究

论文题名：	电动汽车电驱动系统机-电-磁多场耦合动力学建模及振动特性研究
关键词：	电驱动系统;多场耦合;电动汽车;振动特性
摘要：	电驱动系统是包括驱动电机、传动机构等部件的典型复杂机-电-磁多场耦合系统，它可分为机械系统、电气系统及联系二者的气隙磁场。多场耦合效应使电驱动系统表现出十分复杂的动力学特性，电机与机械系统的各种振动频率相互叠加，给系统振源定位与减振控制带来了诸多困难。随着电驱动系统向高转速、高动态、集成化等方向发展，由机-电-磁多场耦合作用引起的机械振动问题变得更为复杂与突出，尤其在电机电磁转矩、不平衡磁拉力、电磁刚度等电磁激励，齿轮时变啮合刚度、齿侧间隙、传递误差等齿轮箱内部动态激励以及非稳态运行工况导致的瞬态负载激励的共同作用下，严重恶化了电驱动系统可靠性与动态响应特性。本文以某款电动汽车电驱动系统为研究对象，建立包含电机本体结构、非线性磁场特性和定转子相对运动的永磁同步电机机电磁多场耦合动力学模型，分析了永磁同步电机的非线性电磁响应和转子偏心的激励特征。最后，综合考虑驱动电机的非线性特性和齿轮副啮合激励，建立电驱动系统的多场耦合动力学模型，揭示多源激励下电驱动系统的振动特性。本文主要研究内容如下：　　①电动汽车永磁同步电机电磁耦合模型。基于等效磁网络法提出一种双V型永磁同步电机磁场解析方法。通过模块化磁导单元对定、转子潜在磁通路径进行建模，以考虑定子开槽、磁极分布、漏磁通等结构因素，并采用迭代法计算磁场的非线性饱和状态。最后在同一定子坐标系下叠加绕组激励，建立以绕组相电流和电机转子位移为输入的电磁耦合模型，并通过有限元软件对耦合磁场分布和铁磁材料的非线性特性进行了验证和分析。　　②永磁同步电机机-电-磁多场耦合动力学模型。结合具有建模灵活性的十字网格磁导单元和变磁导参数的定网格运动建模方法，提出一种改进的气隙运动建模方法，不仅提升动态分析效率而且在处理运动单元重叠过程中具有显著的精度优势。在此基础上，基于电磁理论建立永磁同步电机的电磁转矩和不平衡磁拉力响应与耦合磁场的潜在联系，与电磁耦合模型关联后得到永磁同步电机机-电-磁多场耦合动力学模型。基于矢量控制方法对永磁同步电机进行仿真分析，研究定转子磁场的交叉耦合影响规律、电机非线性响应特性、转子偏心激励特征和基于支路电流的偏心检测方法。　　③电驱动系统多场耦合动力学模型及其分析。基于切片法和势能法，得到齿轮啮合刚度与啮合角位移之间的关系。综合考虑时变啮合刚度、啮合误差、齿轮中心位移等非线性因素，建立集中参数的齿轮传动动力学模型。在此基础上，建立电驱动系统的多场耦合动力学模型，仿真分析了刚度激励、静态啮合误差和电磁转矩扰动对电驱动系统非线性振动特性的影响规律。　　④复杂工况下电驱动系统多场耦合振动特性研究。研究了外部载荷、转速和载荷冲击、齿轮传递系统内部动态激励、驱动电机电磁激励等共同作用下电驱动系统机械振动与电磁场激励的交叉耦合动力学特性，仿真分析不同工况下定子电流远端监测电驱动系统的振动信息的灵敏度，揭示电驱动机-电-磁多场耦合振动机理。
作者：	杨曜泽
专业：	工程(车辆工程)
导师：	葛帅帅;姜艳军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2023