轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。

基于TCNN的船舶电力推进器机电耦合故障诊断模型

电机和齿轮箱是船舶电力推进器重要的功能部件,其故障将严重影响推进器甚至整船的安全性。由于机电耦合作用的影响,当电机和齿轮箱同时发生故障时,故障信号信噪比低,故障特征存在交叉,为了诊断两者的耦合故障,提出1DCNN和2D-DCNN双分支卷积神经网络模型(TCNN),通过不同尺度的卷积核深入提取电流数据的全局特征和细节特征。在数据预处理方面,改进了二维灰度图构建方法以增强信号时间序列连续性,并在2D-DCNN通道中引入膨胀因子在不增加计算量的情况下挖掘信号中的全局信息,使用学习率指数衰减策略确保模型在迭代循环中稳定逼近最优解。试验结果表明,TCNN模型与其他模型相比具有更好的诊断性能,诊断准确率可达99.8%。同时在不同工作环境下,模型的诊断准确率都不低于98.5%,具有良好的适应性和鲁棒性。研究成果可为解决船舶电力推进器机电耦合故障的诊断问题提供新的思路和方法。

机电液耦合器电磁液压动力特性分析

用变量式交流同步机电液耦合器可以使电能、液压能、机械能之间快速转换,因此在新能源汽车中应用广泛。为了掌握其电磁动力和液压动力特性,将电磁转矩作为电磁动力的评价指标,输出流量、泄漏量、容积效率、柱塞运动速度作为液压动力的评价指标。利用ANSYS Maxwell软件模拟结构形式、结构参数对电磁转矩的影响,同时利用AMESim软件模拟柱塞直径、斜盘倾角对液压动力特性的影响。结果显示:柱塞孔位置在永磁体“V”形开口内侧、采用梨形槽、缩短低气隙长度、增加永磁体厚度、减少塞孔直径、扩大塞孔分布半径有利于提高电磁动力,柱塞泵液压动力特性与柱塞直径、斜盘倾角大小呈正相关。

考虑逆变器谐波耦合的牵引传动系统机电耦合振动特性研究

作为牵引传动系统能量转换的关键部件,牵引电机在电气激励作用下会受到各种冲击载荷和周期激振力的作用,从而产生机电耦合振动,威胁牵引传动系统的可靠运行。对此,基于双惯量模型对牵引传动系统机电耦合振动特性开展研究。首先,建立牵引电机的双惯量模型,依据此模型对其固有频率进行计算,并介绍了机械传动系统的同频受迫振动模态。其次,根据逆变器的开关特性,着重分析了脉宽调制(PWM)导致的边带谐波转矩对机电耦合同频共振的影响,探索逆变器的频率耦合产生的间谐波对机电耦合系统的影响。接着,以传递函数的形式对考虑双惯量负载的牵引传动系统进行建模,从频域角度对系统机电耦合共振特性进行理论分析。最后,利用硬件在环测试对所分析结果进行验证。

地铁永磁直驱牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真研究

文章以地铁永磁直驱系统为对象,具体阐述了牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真系统的设计与实现过程,首先建立地铁永磁直驱牵引传动系统主电路的“CPU+现场可编程门阵列(FPGA)”模型,将其与车载牵引控制器(TCU)实物进行联合调试仿真,并通过对比仿真结果与地面联调试验数据进行验模,仿真结果与设计目标转矩的相对误差满足±5%的要求;然后联合车辆动力学模型,搭建牵引传动与动力学机电耦合半实物仿真平台,通过牵引传动模型对车辆动力学模型施加电机转矩,并将车辆运行速度反馈给牵引传动模型,实现牵引传动和动力学的动态协同仿真。结果表明,车辆动力学响应可反映电机转矩脉动的影响,计算结果的频率成分更加丰富,更加符合真实情况,与单学科仿真相比更加具有优势。

机电耦合优化在提升火力发电厂运行效率中的应用

在能源需求不断增加以及人们环保意识不断增强的背景下,火力发电厂运行效率提升变得更加重要。文章就机电耦合优化技术对于促进火力发电厂运行效率的提高进行了研究,并分析该技术对于降低能耗以及减少环境污染等方面所起到的积极作用。通过搭建理论框架,梳理国内外研究进展,对火力发电厂机电耦合优化技术的具体应用实例进行深入探究,提出优化设备配置建议、加强能源管理,采取先进的控制策略等方面提出了具体应用策略。研究结果表明:机电耦合优化技术能够有效地促进火力发电厂运行效率的提高,对于实现可持续发展有着重要的意义。

变量式交流同步机电液耦合器特性分析

为了掌握变量式交流同步机电液耦合器的性能特点,从而提升该装置的设计水平,利用Maxwell软件对该装置进行电磁特性仿真。首先,根据麦克斯韦方程组和有限元理论建立数值模型;其次,针对有限元模型开展磁通密度、磁力线、气隙磁密分布、空载反电势、齿槽转矩模拟,确定电流超前角、柱塞、永磁体厚度对电磁转矩输出结构的影响。结果显示,气隙磁密的谐波分量、空载反电势的谐波分量、齿槽转矩增加了机电液耦合器的振动效应;提高永磁体厚度有利于增大输出转矩;柱塞结构增大了磁阻,在一定程度上制约了输出转矩;电流超前角导致转矩的波动性和整体幅值有所增加。在优化机电液耦合器时,应尽可能提高输出转矩,同时消除谐振和齿槽转矩造成的振动。

高速列车齿轮传动系统机电耦合建模与振动特性分析

为研究高速列车运行过程中齿轮传动系统的振动特性,文章基于多体系动力学理论和交流电传动理论,利用Simpack和Simulink建立了高速列车齿轮传动系统机电耦合动力学模型,并开展了有、无轮轨激励下的振动特性分析,通过对比仿真与实测齿轮传动系统振动加速度时频域数据,验证了模型的准确性。对比有、无轮轨激励工况显示:无轮轨激励时振动幅值较小,在频域上以内部齿轮啮合激励频率为主;而在轮轨激励作用下随着运行速度增加,齿轮传动系统振幅急剧增大,在频域上低速段以齿轮啮频为主,高速段以车轮多边形为主。分相区内外对比显示:电机扭矩作用使齿轮传动系统振动幅值显著增大,且频域中齿轮啮频和车轮多边形主频成分更明显。研究结果表明:由于高速列车齿轮传动系统服役环境的特殊性,电机扭矩、轮轨激励对齿轮传动系统振动存在显著影响,设计时须考虑负载和激励的耦合作用。

机电-刚柔耦合特性作用下线性进给系统动力学分析

动力学特性是影响进给系统动态误差的关键因素。机电-刚柔耦合特性作用下动态误差的产生机理尚未得到系统性阐述,这使得进给系统动力学优化和动态误差抑制研究依然存在一定盲区。考虑线性进给系统的集中柔性和分布柔性特征,构建了进给系统的机电-刚柔耦合动力学模型,通过数值仿真讨论了进给系统对阶跃信号和正弦信号的响应特性,分析了线性进给系统动态误差的产生过程及各类因素对动态误差的影响规律。所构建的机电-刚柔耦合动力学模型能够系统性地阐述动态误差的产生过程,可为直线进给系统动力学优化设计以及动态误差抑制研究奠定理论基础。

机电耦合有限单元及动力方程

根据压电理论、弹性力学与Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，导出了反映机电耦合的压电有限元及动力方程的一般公式，建立了具有８个角节点与３个内节点的三维非协调模型，并编制了相应的计算程序．

混合动力电动汽车机电耦合系统归类分析

对混合动力电动汽车机电耦合系统的归类进行分析.依据其数学模型归纳耦合条件,建立分类规则,并按此规则将其分为转矩耦合、转速耦合和功率耦合3种基本类型.应用上述定义和规则对目前国内外出现的各种典型系统进行了分析,并对3种基本类型的耦合系统及双模式耦合系统进行了评价.结果表明,功率耦合系统和双模式耦合系统具有良好的节能潜力和发展前景.

电动车动力传动系机电耦合扭转振动分析与控制

对电动车动力传动系统的机电耦合扭转振动进行分析与控制。利用整车转鼓试验测得稳态工况下的电流信号,分析引发传动系统扭转振动的主要电流激励谐次;基于最大转矩电流比控制方法,结合传动系统机械振动模型,搭建综合考虑机械、电气相互影响的机电耦合模型,进行仿真分析;提出能够减小传动系统扭转振动幅值的电流谐波优化方法,阐述其原理并搭建其控制模块。控制前后的仿真结果表明,电流谐波优化方法可以有针对性的抑制电流的5倍、7倍谐波,减小6倍电流频率的转矩波动,降低传动系统在中高频固有频率处的振动幅值。

高速电主轴电动机—主轴系统的机电耦合动力学建模

针对高速电主轴系统具有复杂机电系统的特点,提出对高速电主轴系统进行机电耦合分析的观点。提炼并归纳了高速电主轴系统中存在的多物理过程、多参数耦合现象,给出高速电主轴系统全局耦合关系的框图。通过分析高速电主轴电动机—主轴子系统的结构及其耦合情况,得到了该子系统的机电耦合关系框图,并建立其物理模型。基于机电系统分析动力学理论,采用变分原理法,应用拉格朗日方程建立电动机—主轴子系统的电压方程和机械运动方程,将两组方程联立得到与该子系统物理模型相对应的数学模型,导出子系统的动力学方程,为进一步研究高速电主轴系统的机电耦合动力学性能提供理论基础。

现代机电系统（设备）耦合动力学的研究现状和展望

阐述大型动力设备和电力系统、交通运输设备、机器人、工程机械、航天器和国防关键设备中存在的各种动力学耦合效应，包括机电耦合、流固耦合、热弹耦合和刚弹耦合等。论述耦合动力学研究的重要意义、国内外研究现状和有待研究的主要内容。

光电经纬仪的机电动力学建模与耦合

以光电经纬仪伺服跟踪系统为研究对象,基于动量矩定理和欧拉动力学方程,推导出了系统中跟踪架非线性的双轴耦合动力学模型,对跟踪架各轴间的转动惯量耦合、速度耦合及动力学耦合作用规律进行了研究,从理论上给出了它们之间的解析关系式。根据系统中执行元件力矩电机的方程,最终建立了描述跟踪伺服系统中被控对象动态特性的机电动力学模型,分别采用比较测试方法与计算机仿真方法验证了理论模型的正确性,为后续研究、设计高精度的跟踪控制器和控制参数的选取及优化提供了理论参考和模型基础。

永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合动力学分析

对永磁交流伺服精密驱动系统进行动力学分析时,必须考虑系统的机电耦合影响。从机电能量转换的角度,根据系统的全局耦合分析和局部耦合分析,建立了该系统全局耦合关系图和永磁同步电动机精密传动装置子系统局部机电耦合关系图,然后采用拉格朗日麦克斯韦方程建立了永磁同步电动机精密传动装置子系统的物理模型和数学模型,推导了该子系统的动力学方程,并利用该模型进行了算例分析。结果表明,该模型是正确的,这为该系统的实验研究提供了理论依据。

机电耦合作用下混合动力系统轴系动力学分析

在分析影响混合动力系统轴系振动的电机主要特性参数的基础上,对混合动力系统轴系处于机电耦合作用下的动力学特性进行了分析。分别对电机发电和助推2种不同模式下系统轴系耦合动力学特性进行了探讨,与发动机模式进行对比得出一些有益的结论,并就电磁参数对轴系振动影响的机理进行了分析。

双端驱动刮板输送机机电耦合模型及动力学仿真分析

为分析和推导出刮板输送机机电系统之间的耦合关系及数学模型,根据双端驱动刮板输送机机电系统的复杂特性,通过MATLAB/Simulink模块建立双端驱动刮板输送机的机电耦合仿真模型,针对不同工况下双端驱动刮板输送机机电系统的动力学问题进行仿真分析,得到刮板输送机在空载启动、平稳运行、载荷突增以及卡链工况下的刮板链速度、电磁转矩的特性曲线。结果表明,不同载荷工况下的刮板链速度和电磁转矩差异显著,试验测试结果与仿真结果基本一致,为研究双端驱动刮板输送机不同工况及载荷下的电磁转矩、速度变化提供重要的理论和数值依据。

新型压电驱动机电耦合动力学系统分析与建模

为了准确描述压电陶瓷驱动器中存在的复杂非线性滞回动力学特性,采用分层建模原理,建立了驱动器中底层压电叠堆的非线性滞回子模型。将该底层子模型与驱动器中上层弹性和运动部件的子模型进行集成,导出了一种具有仿射形式的新型机电耦合非线性集总参数ECNLP模型。通过时域的仿真与实验对比验证和频域的动力学分析表明,该模型不仅能够准确、合理的刻画压电叠堆中的非线性滞回动、静态特性,而且充分考虑了驱动器中弹性和运动部件的动力学特性,为以后压电陶瓷驱动器控制系统的设计提供了一种新的建模方法。

基于机电耦合动力学模型的电主轴系统软起动特性

电主轴实现快速平稳起动对缩短加工辅助过程,提高加工效率,降低系统冲击非常重要。针对现有电动机起动性能分析计算方法的不足,如传统基于等效电路的起动电流迭代法不能反映出起动电流和起动转矩的动态变化,且在降压降频条件下迭代不收敛,不适合研究电主轴的软起动;有限元计算效率较低,工程上不实用;基于电动机模型和Park变换的动力学分析方法仅考虑电动机本身,不足以真实反映电主轴系统降压降频软起动性能。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统降压降频软起动特性分析方法。采用提出方法研究磨用电主轴系统降压降频软起动过渡过程机电耦合机理,分析磨用电主轴系统机电参数对起动电流、起动转矩、脉动转矩等的影响,并在电主轴试验台上进行起动性能试验。揭示机电耦合物理机理。提出通过优化逆变器工作参数、电动机电磁设计参数和砂轮机械参数抑制机电耦合振动,提高系统软起动平稳性,缩短起动时间的具体策略。通过仿真与试验证实了提出方法的正确性和有效性。