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誠(chéng) 信 聲 明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)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(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；
3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。
作者簽名： 日期： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
題目：__________________________________________________________________________
姓名 ____學(xué)院 __________專業(yè)__________ 班級(jí)___ 學(xué)號(hào)_________
指導(dǎo)老師 ______________職稱__________ 教研室主任 __________________
一、 基本任務(wù)及要求：
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二、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間：
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[注：任務(wù)書(shū)填寫(xiě)統(tǒng)一用5號(hào)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(duì)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(dòng)機(jī)基本設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù)……………………………2
1.3.1 單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的功能（宋體、小四）………………………2
1.3.2 單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的基本設(shè)計(jì)思路……………………………2
1.3.3 技術(shù)關(guān)鍵分析………………………………………………………… 3
1.4 論文的研究?jī)?nèi)容…………………………………………………………………4
第2章 永磁盤式同步電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………6
2.1引言 ………………………………………………………………………6
2.2電動(dòng)／發(fā)電機(jī)機(jī)型的選擇與分析………………………………………………6
2.3盤式永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)的初步確定……………………………………………7
2.4盤式永磁同步電機(jī)的基本計(jì)算與設(shè)計(jì) ………………………………………8
2.4.1盤式永磁同步電機(jī)基本參數(shù)的確定……………………………………8
2.4.2盤式永磁同步電機(jī)永磁體計(jì)算分析……………………………………8
第3章 飛輪轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)分析………………………………………………………………13
第4章 單體輔助發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)整體設(shè)計(jì)……………………………………………………27
結(jié)論…………………………………………………………………………………………37
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………39
致謝…………………………………………………………………………………………41
附錄…………………………………………………………………………………………42
7
課題名稱（居中、黑體、小二、加粗，可寫(xiě)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(dòng)機(jī)是集電機(jī)、發(fā)電機(jī)、超高速飛輪及超級(jí)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(yīng)廣、壽命長(zhǎng)的混合動(dòng)力車輛輔助動(dòng)力源，是一種典型的機(jī)電磁一體化產(chǎn)品。其研究涉及到機(jī)械、材料、電工、電子、熱工、計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此均為對(duì)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(dòng)力能源裝置從本質(zhì)結(jié)構(gòu)與自適應(yīng)控制上實(shí)現(xiàn)一體化集成設(shè)計(jì)的概念，本論文則提出了單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)這一獨(dú)立裝置，并進(jìn)行了初步的研發(fā)，主要就高速飛輪、盤式同步永磁電機(jī)和發(fā)電機(jī)集成的具體功能實(shí)現(xiàn)與整體結(jié)構(gòu)作了理論分析計(jì)算與設(shè)計(jì)。重點(diǎn)對(duì)盤式永磁電機(jī)的分析計(jì)算、飛輪的計(jì)算及整體實(shí)現(xiàn)作了較深入研究，最后對(duì)該裝置與車輛其他裝置的對(duì)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(dòng)機(jī)；飛輪；磁性流體密封；磁性軸承（3-5個(gè)關(guān)鍵詞，小四宋體）
課題名稱（英文 居中、Times New Roman、二號(hào)、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(yè)）
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(jì)人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(gè)最嚴(yán)峻的問(wèn)題。面對(duì)60多億的巨大人口數(shù)量，人類對(duì)能源的需求量及對(duì)環(huán)境的壓力越來(lái)越大。目前車輛不僅是人類實(shí)現(xiàn)地面高速運(yùn)輸?shù)慕煌üぞ撸瑫r(shí)也是人類對(duì)能源需求和對(duì)環(huán)境破壞的主要載體，能源與環(huán)境的問(wèn)題很大程度上取決于車輛和自牽引機(jī)械用熱機(jī)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(dòng)力驅(qū)動(dòng)車輛要獲得與單一熱機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛相近的牽引特性，就要供給驅(qū)動(dòng)車輪相近的能量。在混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于降低了主能源（由熱機(jī)燃燒獲得）的輸出功率，為達(dá)到能量平衡，必須采用輔助能源補(bǔ)償能量差值。目前采用的是相互獨(dú)立的牽引蓄電池、高速飛輪以及超級(jí)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(fù)雜、比能量小等，使得其應(yīng)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(jìn)步，汽車已成為人類日常生活一種不可缺少的運(yùn)輸與代步工具，但它的大量存在也給人類生存帶來(lái)了日益嚴(yán)峻的能源與環(huán)境問(wèn)題。面對(duì)這一關(guān)系到人類生存環(huán)境的挑戰(zhàn)，世界各國(guó)都在大投入著手開(kāi)發(fā)一種低排放、高能效的車輛動(dòng)力系統(tǒng)，從目前的研發(fā)進(jìn)程來(lái)看主要呈現(xiàn)兩種趨勢(shì)：……
1.3 單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)基本設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù)
1.3.1 單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的功能（左頂邊、黑體、四號(hào)、加粗、段前后6磅）
單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)是一種將超高速飛輪、電動(dòng)／發(fā)電機(jī)從物理功能與結(jié)構(gòu)上合為一體的機(jī)電磁一體化裝置，其功能是應(yīng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車，利用再生制動(dòng)、下坡等途徑達(dá)到平衡主發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出、儲(chǔ)存能量、提高能源利用率并減少?gòu)U氣排放的目的，使純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車的優(yōu)勢(shì)得到了互補(bǔ)。
1.3.2 單體高性能輔助發(fā)動(dòng)機(jī)的基本設(shè)計(jì)思路
目前在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車上采用的輔助能源、動(dòng)力裝置是分立的，如下圖1.1是幾種混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力能源系統(tǒng)，圖中的三種結(jié)構(gòu)均將混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的能源明顯劃分為熱機(jī)能和電能，由此產(chǎn)生了繁冗的機(jī)械、電氣連接，使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)臃腫，外部控制繁雜，最終導(dǎo)致不能發(fā)揮各功能器件的最大效率。本課題設(shè)計(jì)思路是將混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力部分從功能上分為主、輔動(dòng)力系統(tǒng)，……。
圖1.1 氣相色譜裝置框圖（居中、黑體、五號(hào)、通欄排圖）
1—流動(dòng)相；2—樣品；3—色譜柱與固定相；4—檢測(cè)器（居中、宋體、五號(hào)）
……
（另起一頁(yè)）
第2章 盤式永磁同步電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 引言
由于本課題屬于一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的單體車用輔助發(fā)動(dòng)機(jī)是一種機(jī)電磁一體化產(chǎn)品，其特定的功能要求決定了課題中電動(dòng)／發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的特殊性，經(jīng)綜合對(duì)比分析，最終采用盤式永磁同步電動(dòng)／發(fā)電機(jī)。由于該電動(dòng)／發(fā)電機(jī)屬特種電動(dòng)／發(fā)電機(jī)范疇，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)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(dòng)／發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算是探索性的、初步的，具體主要進(jìn)行了如下幾方面的分析計(jì)算設(shè)計(jì)：
（1）電動(dòng)／發(fā)電機(jī)選擇分析；
（2）電動(dòng)／發(fā)電機(jī)初步結(jié)構(gòu)確定；
（3）電機(jī)永磁材料及轉(zhuǎn)子鐵心的結(jié)構(gòu)確定；
（4）電動(dòng)／發(fā)電機(jī)的電磁計(jì)算。
2.2 電動(dòng)／發(fā)電機(jī)機(jī)型的選擇與分析
單體輔助發(fā)動(dòng)機(jī)中，電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換是以電機(jī)及其控制為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)的。裝置中的電機(jī)屬高速電機(jī)，應(yīng)兼有高速率電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的特性，通常要求盡可能同時(shí)具有以下特點(diǎn)：
……
2.2.1 永磁材料
為提高整個(gè)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(guò)對(duì)比分析，最終確定使用稀土素型Nb２Fe１４B作為電機(jī)的磁極材料，具體使用了牌號(hào)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(shí)剩磁密度：
（2.1）
式中：，1%（Ｂr的不可逆去磁損失率）；
永磁體計(jì)算矯頑力：Hc２０＝875kＡ／m；
工作溫度時(shí)計(jì)算矯頑力：
（2.2）
……
2.2.2 磁極設(shè)計(jì)
1、極數(shù)和極弧系數(shù)αp
對(duì)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(shì)必會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的效率帶來(lái)不利的影響，因盤式永磁電動(dòng)機(jī)一般采用波繞組，其支路數(shù)與極數(shù)無(wú)關(guān)，對(duì)于一定的電樞導(dǎo)體數(shù)，極數(shù)少的電動(dòng)機(jī)其端接部分較長(zhǎng)，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(dòng)機(jī)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(huì)引起每極磁通量降低，而磁通的降低又會(huì)導(dǎo)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(wèn)題是如何選擇永磁體的厚度。通過(guò)近似分析可以得出在理想情況下，永磁體最經(jīng)濟(jì)的尺寸是永磁體厚度近似等于氣隙長(zhǎng)度，但這時(shí)氣隙磁密Bδ≈Br／2，如果永磁體的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度不是很高，對(duì)于電機(jī)設(shè)計(jì)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(diǎn)的關(guān)系（居中、黑體、五號(hào)、加粗）
樣品沸點(diǎn)（℃）
固定液含量（%）
柱溫（℃）（居中、宋體、五號(hào)）
300~400
1~3
200~250
200~300
5~10
150~180
100~200
10~15
90~110
<100
15~25
沸點(diǎn)或沸點(diǎn)以上
（另起一頁(yè)）
結(jié) 論（居中、小二黑體，上下各空一行）
單體輔助發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型混合動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率輸出、充分利用車輛的閑余能源從而達(dá)到節(jié)能減廢降噪的目的，具有大儲(chǔ)能、高功率、無(wú)污染、高效率、適用廣、無(wú)噪聲、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)。
輔助發(fā)動(dòng)機(jī)主要是由高速飛輪轉(zhuǎn)子、磁浮軸承系統(tǒng)、電動(dòng)/發(fā)電機(jī)等組成，是一種典型的機(jī)電磁一體化產(chǎn)品，涉及到機(jī)械、材料、電工、熱工、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的交叉。本課題對(duì)飛輪電池儲(chǔ)能涉及的三大關(guān)鍵技術(shù)——飛輪轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)、永磁電機(jī)與磁浮軸承及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了初步的理論分析與設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)論如下：
（1）
（2）
……
（另起一頁(yè)）
參 考 文 獻(xiàn)（居中、小二黑體、上下各空一行）
[1] 王 軍，申金升.國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài). 公路交通科技，2002.2 Vol.17 No.1.（小四號(hào)宋體，下同）
[2] 唐任遠(yuǎn)等.現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.12.
[3] 葉云岳.直線電機(jī)原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6.
[4] 葉云岳等.直線電機(jī)技術(shù)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.8.
[5] 楊志軼.飛輪電池儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)研究.合肥工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2002.9
[6] 索左曼羅夫斯基.混合電動(dòng)車輛基礎(chǔ).北京：北京理工大學(xué)出版社，2001.11.
[7] 陳清泉，孫逢春，祝嘉光.現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù).北京：北京理工大學(xué)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(shè)計(jì)的機(jī)電一體化磁性軸承.國(guó)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(yīng)用.精密制造與自動(dòng)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(shù)脂復(fù)合材料固化工藝的研究.沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報(bào)， 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(yè)）
致 謝
本課題是在XXX老師的精心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，在此謹(jǐn)向?qū)煴硎咀钪孕牡母兄x和最誠(chéng)摯的敬意……
……
再有要感謝一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們，與他們的一次次交流使我得以不斷進(jìn)步和提高。
我能夠?qū)Ｐ膶W(xué)習(xí)，順利完成學(xué)業(yè)，與我的父母的培養(yǎng)、鼓勵(lì)和支持是分不開(kāi)的，在此向他們表示最誠(chéng)摯的感謝！
感謝文中所引用文獻(xiàn)的所有作者們！再次感謝所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們！