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多年来,传统内燃机汽车为人类提供了方便、快捷的交通工具。传统内燃机汽车以石化产品作为能量的来源,存在着环境恶化、资源短缺和效率低下等弊端。随着人类对环境污染和可持续发展的逐渐重视,电动汽车以其绿色、节能等优点成为世界各国的重点研究对象。 相比于传统内燃机汽车而言,电动汽车增加了电源和电机等驱动装置。电机作为电动汽车驱动的核心部分,其可靠性不仅会影响电动汽车的稳定运行,严重时甚至会危及到司乘人员的生命安全。本文主要就电动汽车驱动电机各组成部件故障模式分析、绕组绝缘的老化建模、轴承电气寿命估算以及电机整体可靠性预测等方面进行研究。 为确定电动汽车驱动电机可靠性研究中应优先关注的重点问题,依据相关标准对电动汽车驱动电机故障等级进行了划分,综合考虑电动汽车复杂的运行环境和实际运行工况,对驱动电机各部件的故障模式和原因进行了详细的归纳和总结。针对电动汽车驱动电机各部件的失效模式和失效后果尚无完整的记录的情况,提出一种基于类比和评估的方法,对电动汽车驱动电机各部件的失效后果进行量化分析,给出驱动电机各部件发生不同故障时对电机整体性能产生的影响。所得到的部件失效致命性程度值,可为电机可靠性设计捉供初步参考;也可为相关人员对电机进行检测和维修时提供依据。 针对电动汽车驱动电机绕组绝缘的寿命计算问题,首先,通过对电动汽车驱动电机端过电压产生机理的分析,得到PWM脉冲及相关参数对电机端过电压应力的影响规律,并考虑了不同的逆变策略的电压利用率和电动汽车标准中的电压等级,对绕组绝缘电老化寿命进行估算;其次,对Advisor软件中电动汽车工况的电机实际电流进行提取,以Ansys仿真软件对电动汽车驱动电机温升进行仿真分析。综合考虑电压幅值、PWM脉冲频率和温度对绕组绝缘寿命的影响,给出了绕组绝缘的电一热联合老化模型。在两种应力同时作用的情况下,提出了一种更接近于实际工况的绝缘寿命的简单计算方法。 为揭示放电加工电流对电动汽车驱动电机轴承寿命的影响,建立了电动汽车电机驱动系统的轴电压简化分析模型。利用其对轴电压的影响因素进行分析,研究轴承各钢球的载荷分布,分析了载荷和行驶速度对轴承钢球和滚道之间的接触面积和油膜厚度的影响。在最大载荷时,分析了放电加工电流对轴承寿命的影响,得到了由放电加工电流密度确定的轴承寿命解析式,对轴承的电气寿命预测计算进行了有益的尝试。 为探讨小样本数据下电动汽车驱动电机的可靠性分析问题,研究了灰色算法在电机可靠性预测中的适用性。将灰色模型引入到电动汽车驱动电机的可靠性分析中,建立了电动汽车驱动电机的灰色可靠性预测模型,对电机失效度进行预测分析。基于预测数据,给出了电动汽车驱动电机的可靠性特征值,最后通过实测数据进行验证,证明了所提灰色预测模型的有效性,为简化电机寿命试验和可靠性分析提供了一种值得探讨的方法。