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誠 信 聲 明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果；
2、據(jù)查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構(gòu)的學位而使用過的材料；
3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。
作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)設計（論文）任務書
題目：__________________________________________________________________________
姓名 ____學院 __________專業(yè)__________ 班級___ 學號_________
指導老師 ______________職稱__________ 教研室主任 __________________
一、 基本任務及要求：
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二、 進度安排及完成時間：
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[注：任務書填寫統(tǒng)一用5號宋體或者楷體]
目 錄（居中、黑體、小二、加粗，行距固定值22磅）
（宋體小四，行距固定值22磅）
摘要(黑體、小四，行距固定值22磅，分散對齊)………………………………………Ⅰ
Abstract（Times New Roman，小四，加粗，行距22磅） ………………………… Ⅱ
第1章 緒論(黑體、小四)…………………………………………………………………1
1.1 引言（宋體、小四、行距固定值22磅）………………………………………1
1.2研發(fā)背景及意義………………………………………………………… ……1
1.3 單體高性能輔助發(fā)動機基本設計思路及關(guān)鍵技術(shù)……………………………2
1.3.1 單體高性能輔助發(fā)動機的功能（宋體、小四）………………………2
1.3.2 單體高性能輔助發(fā)動機的基本設計思路……………………………2
1.3.3 技術(shù)關(guān)鍵分析………………………………………………………… 3
1.4 論文的研究內(nèi)容…………………………………………………………………4
第2章 永磁盤式同步電動／發(fā)電機的設計計算………………………………………6
2.1引言 ………………………………………………………………………6
2.2電動／發(fā)電機機型的選擇與分析………………………………………………6
2.3盤式永磁同步電機結(jié)構(gòu)的初步確定……………………………………………7
2.4盤式永磁同步電機的基本計算與設計 ………………………………………8
2.4.1盤式永磁同步電機基本參數(shù)的確定……………………………………8
2.4.2盤式永磁同步電機永磁體計算分析……………………………………8
第3章 飛輪轉(zhuǎn)子的設計分析………………………………………………………………13
第4章 單體輔助發(fā)動機樣機整體設計……………………………………………………27
結(jié)論…………………………………………………………………………………………37
參考文獻……………………………………………………………………………………39
致謝…………………………………………………………………………………………41
附錄…………………………………………………………………………………………42
7
課題名稱（居中、黑體、小二、加粗，可寫2行）
（行距固定值22磅）
摘要：(黑體、小四)單體高性能輔助發(fā)動機是集電機、發(fā)電機、超高速飛輪及超級電容于一體的一種結(jié)構(gòu)緊湊、比功率高、污染低、效率高、適應廣、壽命長的混合動力車輛輔助動力源，是一種典型的機電磁一體化產(chǎn)品。其研究涉及到機械、材料、電工、電子、熱工、計算機等多種學科領域。目前國內(nèi)外對此均為對單一部件的理論及多部件外部集成結(jié)構(gòu)的研究，并未提出將多種輔助動力能源裝置從本質(zhì)結(jié)構(gòu)與自適應控制上實現(xiàn)一體化集成設計的概念，本論文則提出了單體高性能輔助發(fā)動機這一獨立裝置，并進行了初步的研發(fā)，主要就高速飛輪、盤式同步永磁電機和發(fā)電機集成的具體功能實現(xiàn)與整體結(jié)構(gòu)作了理論分析計算與設計。重點對盤式永磁電機的分析計算、飛輪的計算及整體實現(xiàn)作了較深入研究，最后對該裝置與車輛其他裝置的對接與控制策略作了初步……（小四宋體、200字左右，行距固定值22磅）。
關(guān)鍵詞：(黑體、小四，行距固定值22磅)輔助發(fā)動機；飛輪；磁性流體密封；磁性軸承（3-5個關(guān)鍵詞，小四宋體）
課題名稱（英文 居中、Times New Roman、二號、加粗）
Abstract： (Times New Roman、小四、加粗)The single high performance auxiliary engine collecting the electrical machinery, generator, ultrafast flywheel and super electric capacity are compact in a kind of integrative structure, high ratio of power and weight , low polluting with high efficiency meeting wide, longer-lived motor vehicle driven by mixed power auxiliary power sourcing than power, it is a kind of typical integrated products of electromechanical magnetism ………(Times New Roman、小四，行距固定值22磅)
Keywords: (Times New Roman、小四、加粗) Auxiliary engine; Flywheel; The magnetism liquid sealed; Magnetic Bearing (Times New Roman、小四，行距固定值22磅)
（另起一頁）
第1章 緒 論（居中、小二黑體）
1.1 引言（左頂邊、黑體、小三、段前后空1行，行距12）
21世紀人類面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的諸多重大挑戰(zhàn)，其中能源和生態(tài)環(huán)境是兩個最嚴峻的問題。面對60多億的巨大人口數(shù)量，人類對能源的需求量及對環(huán)境的壓力越來越大。目前車輛不僅是人類實現(xiàn)地面高速運輸?shù)慕煌üぞ?，同時也是人類對能源需求和對環(huán)境破壞的主要載體，能源與環(huán)境的問題很大程度上取決于車輛和自牽引機械用熱機的能源消耗和廢氣排放。（正文均用小四宋體、行距固定值22磅）
然而混合動力驅(qū)動車輛要獲得與單一熱機驅(qū)動車輛相近的牽引特性，就要供給驅(qū)動車輪相近的能量。在混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中，由于降低了主能源（由熱機燃燒獲得）的輸出功率，為達到能量平衡，必須采用輔助能源補償能量差值。目前采用的是相互獨立的牽引蓄電池、高速飛輪以及超級電容等作為輔助能源，由于這種體系存在一定的缺陷，如控制復雜、比能量小等，使得其應用效果不明顯，基于這一現(xiàn)狀提出了本課題。
1.2 研發(fā)背景及意義
隨著人類近代文明的進步，汽車已成為人類日常生活一種不可缺少的運輸與代步工具，但它的大量存在也給人類生存帶來了日益嚴峻的能源與環(huán)境問題。面對這一關(guān)系到人類生存環(huán)境的挑戰(zhàn)，世界各國都在大投入著手開發(fā)一種低排放、高能效的車輛動力系統(tǒng)，從目前的研發(fā)進程來看主要呈現(xiàn)兩種趨勢：……
1.3 單體高性能輔助發(fā)動機基本設計思路及關(guān)鍵技術(shù)
1.3.1 單體高性能輔助發(fā)動機的功能（左頂邊、黑體、四號、加粗、段前后6磅）
單體高性能輔助發(fā)動機是一種將超高速飛輪、電動／發(fā)電機從物理功能與結(jié)構(gòu)上合為一體的機電磁一體化裝置，其功能是應用于混合動力電動汽車，利用再生制動、下坡等途徑達到平衡主發(fā)動機的功率輸出、儲存能量、提高能源利用率并減少廢氣排放的目的，使純電動汽車與傳統(tǒng)汽車的優(yōu)勢得到了互補。
1.3.2 單體高性能輔助發(fā)動機的基本設計思路
目前在混合動力電動汽車上采用的輔助能源、動力裝置是分立的，如下圖1.1是幾種混合動力電動汽車的動力能源系統(tǒng)，圖中的三種結(jié)構(gòu)均將混合動力電動汽車的能源明顯劃分為熱機能和電能，由此產(chǎn)生了繁冗的機械、電氣連接，使得整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)臃腫，外部控制繁雜，最終導致不能發(fā)揮各功能器件的最大效率。本課題設計思路是將混合動力汽車的動力部分從功能上分為主、輔動力系統(tǒng)，……。
圖1.1 氣相色譜裝置框圖（居中、黑體、五號、通欄排圖）
1—流動相；2—樣品；3—色譜柱與固定相；4—檢測器（居中、宋體、五號）
……
（另起一頁）
第2章 盤式永磁同步電動／發(fā)電機的設計計算
2.1 引言
由于本課題屬于一種創(chuàng)新設計，所設計的單體車用輔助發(fā)動機是一種機電磁一體化產(chǎn)品，其特定的功能要求決定了課題中電動／發(fā)電機設計的特殊性，經(jīng)綜合對比分析，最終采用盤式永磁同步電動／發(fā)電機。由于該電動／發(fā)電機屬特種電動／發(fā)電機范疇，目前國內(nèi)外尚無完整成熟的相關(guān)資料可參考，因此本章有關(guān)盤式永磁同步電動／發(fā)電機的設計計算是探索性的、初步的，具體主要進行了如下幾方面的分析計算設計：
（1）電動／發(fā)電機選擇分析；
（2）電動／發(fā)電機初步結(jié)構(gòu)確定；
（3）電機永磁材料及轉(zhuǎn)子鐵心的結(jié)構(gòu)確定；
（4）電動／發(fā)電機的電磁計算。
2.2 電動／發(fā)電機機型的選擇與分析
單體輔助發(fā)動機中，電能與機械能之間的轉(zhuǎn)換是以電機及其控制為核心來實現(xiàn)的。裝置中的電機屬高速電機，應兼有高速率電動機和發(fā)電機的特性，通常要求盡可能同時具有以下特點：
……
2.2.1 永磁材料
為提高整個裝置的質(zhì)量能量密度（em，Wh／kg），在本課題中必須采用高性能永磁材料，通過對比分析，最終確定使用稀土素型Nb２Fe１４B作為電機的磁極材料，具體使用了牌號為NTP－33H的釹鐵硼永磁材料，其性能參數(shù)如下：
工作溫度：90℃；
永磁體剩磁密度：Br２０＝1.15Ｔ；
工作溫度時剩磁密度：
（2.1）
式中：，1%（Ｂr的不可逆去磁損失率）；
永磁體計算矯頑力：Hc２０＝875kＡ／m；
工作溫度時計算矯頑力：
（2.2）
……
2.2.2 磁極設計
1、極數(shù)和極弧系數(shù)αp
對于一定的極弧系數(shù)，采用較少的極數(shù)使極間距離增加，漏磁顯著減少。但是極數(shù)太少勢必會對電動機的效率帶來不利的影響，因盤式永磁電動機一般采用波繞組，其支路數(shù)與極數(shù)無關(guān)，對于一定的電樞導體數(shù)，極數(shù)少的電動機其端接部分較長，致使用銅量增加，電樞繞組銅損耗增加和效率降低，所以盤式永磁同步電動機盡管漏磁很大，但為了有較高的效率，仍然采用較多的極數(shù)，一般為6～12極。減少極弧系數(shù)有利于減少漏磁，但會引起每極磁通量降低，而磁通的降低又會導致匝數(shù)加大和氣隙增大，一般情況下選取0.8左右為最佳。
2、磁極尺寸的確定
在電樞內(nèi)、外徑確定之后，磁極的內(nèi)、外徑隨即確定，關(guān)鍵問題是如何選擇永磁體的厚度。通過近似分析可以得出在理想情況下，永磁體最經(jīng)濟的尺寸是永磁體厚度近似等于氣隙長度，但這時氣隙磁密Bδ≈Br／2，如果永磁體的剩余磁感應強度不是很高，對于電機設計并不有利。為了提高氣隙磁密，不得不增加永磁體厚度。
……
表2.1給出了不同……
表2.1 柱溫與樣品沸點的關(guān)系（居中、黑體、五號、加粗）
樣品沸點（℃）
固定液含量（%）
柱溫（℃）（居中、宋體、五號）
300~400
1~3
200~250
200~300
5~10
150~180
100~200
10~15
90~110
<100
15~25
沸點或沸點以上
（另起一頁）
結(jié) 論（居中、小二黑體，上下各空一行）
單體輔助發(fā)動機是一種新型混合動力汽車的輔助能源裝置，它能在不降低車輛性能的前提下起到平衡主發(fā)動機的功率輸出、充分利用車輛的閑余能源從而達到節(jié)能減廢降噪的目的，具有大儲能、高功率、無污染、高效率、適用廣、無噪聲、長壽命等優(yōu)點。
輔助發(fā)動機主要是由高速飛輪轉(zhuǎn)子、磁浮軸承系統(tǒng)、電動/發(fā)電機等組成，是一種典型的機電磁一體化產(chǎn)品，涉及到機械、材料、電工、熱工、計算機等多學科的交叉。本課題對飛輪電池儲能涉及的三大關(guān)鍵技術(shù)——飛輪轉(zhuǎn)子設計、永磁電機與磁浮軸承及其相關(guān)技術(shù)進行了初步的理論分析與設計計算，結(jié)論如下：
（1）
（2）
……
（另起一頁）
參 考 文 獻（居中、小二黑體、上下各空一行）
[1] 王 軍，申金升.國內(nèi)外混合動力電動汽車開發(fā)動態(tài). 公路交通科技，2002.2 Vol.17 No.1.（小四號宋體，下同）
[2] 唐任遠等.現(xiàn)代永磁電機理論與設計.北京：機械工業(yè)出版社，1997.12.
[3] 葉云岳.直線電機原理與應用.北京：機械工業(yè)出版社，2000.6.
[4] 葉云岳等.直線電機技術(shù)手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003.8.
[5] 楊志軼.飛輪電池儲能關(guān)鍵技術(shù)研究.合肥工業(yè)大學博士學位論文，2002.9
[6] 索左曼羅夫斯基.混合電動車輛基礎.北京：北京理工大學出版社，2001.11.
[7] 陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動汽車技術(shù).北京：北京理工大學出版社，2002.11.
……
[20] Paul P A，Barrie C M，James S B，et al.Design Principles for A Flywheel Energy Store for Road Vehicles.IEEE Transactions on lndustry Application，1996，32(6):1402-1408.
[21] G.Schweitzer，相興利.為高速主軸和轉(zhuǎn)子設計的機電一體化磁性軸承.國外紡織技術(shù)， 2001年12期.
[22] 郭力，周海萍，李波，謝友柏.磁性軸承及其在高速電主軸中的應用.精密制造與自動化， 2001年01期.
[23] Paul Bowles，Huei Peng， Xianjie Zhang.Energy Management in a Parallel Hybrid Electric Vehicle.With a Continuously Variable Transmission Proceedings of the American Control Conference Chicago, Illinois June 2000.
[24] 邱軍，魏良明.芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復合材料固化工藝的研究.沈陽化工學院學報， 2000年03期.
[25]Horner R E，Proud N J.Key factors in the design and construction of advanced flywheel energy storage systems and their application to improve telecommulications power back-up. In:Proceedings of the 1996 l8th International Telecommunications Energy Conference，Boston，MA，USA，1996，668-675.
（另起一頁）
致 謝
本課題是在XXX老師的精心指導和熱情關(guān)懷下完成的，在此謹向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x和最誠摯的敬意……
……
再有要感謝一起學習生活的同學們，與他們的一次次交流使我得以不斷進步和提高。
我能夠?qū)Ｐ膶W習，順利完成學業(yè)，與我的父母的培養(yǎng)、鼓勵和支持是分不開的，在此向他們表示最誠摯的感謝！
感謝文中所引用文獻的所有作者們！再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過我的老師、同學和朋友們！