1、1课题名称（居中、黑体、小二、加粗，可写 2 行）（行距固定值 22 磅）摘要：(黑体、小四)单体高性能辅助发动机是集电机、发电机、超高速飞轮及超级电容于一体的一种结构紧凑、比功率高、污染低、效率高、适应广、寿命长的混合动力车辆辅助动力源，是一种典型的机电磁一体化产品。其研究涉及到机械、材料、电工、电子、热工、计算机等多种学科领域。目前国内外对此均为对单一部件的理论及多部件外部集成结构的研究，并未提出将多种辅助动力能源装置从本质结构与自适应控制上实现一体化集成设计的概念，本论文则提出了单体高性能辅助发动机这一独立装置，并进行了初步的研发，主要就高速飞轮、盘式同步永磁电机和发电机集成的具体功能实
2、现与整体结构作了理论分析计算与设计。重点对盘式永磁电机的分析计算、飞轮的计算及整体实现作了较深入研究，最后对该装置与车辆其他装置的对接与控制策略作了初步（小四宋体、150 字左右，行距固定值 22 磅）。关键词：(黑体、小四，行距固定值 22 磅)辅助发动机；飞轮；磁性流体密封；磁性轴承（3-5 个关键词，小四宋体）2（另起一页）第 1 章 绪 论（居中、小二黑体）1.1 引言（左顶边、黑体、小三、段前后空 1 行，行距 12）21 世纪人类面临着实现经济和社会可持续发展的诸多重大挑战，其中能源和生态环境是两个最严峻的问题。面对 60 多亿的巨大人口数量，人类对能源的需求量及对环境的压力越来越
3、大。目前车辆不仅是人类实现地面高速运输的交通工具，同时也是人类对能源需求和对环境破坏的主要载体，能源与环境的问题很大程度上取决于车辆和自牵引机械用热机的能源消耗和废气排放。（正文均用小四宋体、行距固定值 22 磅）然而混合动力驱动车辆要获得与单一热机驱动车辆相近的牵引特性，就要供给驱动车轮相近的能量。在混合动力驱动系统中，由于降低了主能源（由热机燃烧获得）的输出功率，为达到能量平衡，必须采用辅助能源补偿能量差值。目前采用的是相互独立的牵引蓄电池、高速飞轮以及超级电容等作为辅助能源，由于这种体系存在一定的缺陷，如控制复杂、比能量小等，使得其应用效果不明显，基于这一现状提出了本课题。1.2 研发背
4、景及意义随着人类近代文明的进步，汽车已成为人类日常生活一种不可缺少的运输与代步工具，但它的大量存在也给人类生存带来了日益严峻的能源与环境问题。面对这一关系到人类生存环境的挑战，世界各国都在大投入着手开发一种低排放、高能效的车辆动力系统，从目前的研发进程来看主要呈现两种趋势： 1.3 单体高性能辅助发动机基本设计思路及关键技术1.3.1 单体高性能辅助发动机的功能（左顶边、黑体、四号、加粗、段前后 6 磅）单体高性能辅助发动机是一种将超高速飞轮、电动发电机从物理功能与结构上合为一体的机电磁一体化装置，其功能是应用于混合动力电动汽车，利用再生制动、下坡等途径达到平衡主发动机的功率输出、储存能量、提
5、高能源利用率并减少废气排放的目的，使纯电动汽车与传统汽车的优势得到了互补。1.3.2 单体高性能辅助发动机的基本设计思路3目前在混合动力电动汽车上采用的辅助能源、动力装置是分立的，如下图 1.1 是几种混合动力电动汽车的动力能源系统，图中的三种结构均将混合动力电动汽车的能源明显划分为热机能和电能，由此产生了繁冗的机械、电气连接，使得整个系统结构臃肿，外部控制繁杂，最终导致不能发挥各功能器件的最大效率。本课题设计思路是将混合动力汽车的动力部分从功能上分为主、辅动力系统，。图 1.1 气相色谱装置框图（居中、黑体、五号、通栏排图）1流动相；2样品；3色谱柱与固定相；4检测器（居中、宋体、五号）4（
6、另起一页）第 2 章 盘式永磁同步电动发电机的设计计算2.1 引言由于本课题属于一种创新设计，所设计的单体车用辅助发动机是一种机电磁一体化产品，其特定的功能要求决定了课题中电动发电机设计的特殊性，经综合对比分析，最终采用盘式永磁同步电动发电机。由于该电动发电机属特种电动发电机范畴，目前国内外尚无完整成熟的相关资料可参考，因此本章有关盘式永磁同步电动发电机的设计计算是探索性的、初步的，具体主要进行了如下几方面的分析计算设计：（1）电动发电机选择分析；（2）电动发电机初步结构确定；（3）电机永磁材料及转子铁心的结构确定；（4）电动发电机的电磁计算。2.2 电动发电机机型的选择与分析单体辅助发动机中
7、，电能与机械能之间的转换是以电机及其控制为核心来实现的。装置中的电机属高速电机，应兼有高速率电动机和发电机的特性，通常要求尽可能同时具有以下特点：2.2.1 永磁材料为提高整个装置的质量能量密度（e m，Whkg），在本课题中必须采用高性能永磁材料，通过对比分析，最终确定使用稀土素型 Nb Fe B 作为电机的磁极材料，具体使用了牌号为 NTP33H 的钕铁硼永磁材料，其性能参数如下：工作温度：90；永磁体剩磁密度：B r 1.15； 工作温度时剩磁密度： （2.1）2020111.43rr rtBILBT式中： ， 1%（ r 的不可逆去磁损失率）；的 温 度 系 数Br%.0I5永磁体计算
8、矫顽力：H c 875km；工作温度时计算矫顽力：（2.2）201201793.5/rc cBILt HkAm2.2.2 磁极设计1、极数和极弧系数 p对于一定的极弧系数，采用较少的极数使极间距离增加，漏磁显著减少。但是极数太少势必会对电动机的效率带来不利的影响，因盘式永磁电动机一般采用波绕组，其支路数与极数无关，对于一定的电枢导体数，极数少的电动机其端接部分较长，致使用铜量增加，电枢绕组铜损耗增加和效率降低，所以盘式永磁同步电动机尽管漏磁很大，但为了有较高的效率，仍然采用较多的极数，一般为 612 极。减少极弧系数有利于减少漏磁，但会引起每极磁通量降低，而磁通的降低又会导致匝数加大和气隙增大
9、，一般情况下选取 0.8 左右为最佳。2、磁极尺寸的确定在电枢内、外径确定之后，磁极的内、外径随即确定，关键问题是如何选择永磁体的厚度。通过近似分析可以得出在理想情况下，永磁体最经济的尺寸是永磁体厚度近似等于气隙长度，但这时气隙磁密 B Br2，如果永磁体的剩余磁感应强度不是很高，对于电机设计并不有利。为了提高气隙磁密，不得不增加永磁体厚度。表 2.1 给出了不同表 2.1 柱温与样品沸点的关系（居中、黑体、五号、加粗）样品沸点（） 固定液含量（%）柱温（）（居中、宋体、五号）300400 13 200250200300 510 150180100200 1015 90110100 1525
10、沸点或沸点以上6（另起一页）结 论（居中、小二黑体，上下各空一行）单体辅助发动机是一种新型混合动力汽车的辅助能源装置，它能在不降低车辆性能的前提下起到平衡主发动机的功率输出、充分利用车辆的闲余能源从而达到节能减废降噪的目的，具有大储能、高功率、无污染、高效率、适用广、无噪声、长寿命等优点。辅助发动机主要是由高速飞轮转子、磁浮轴承系统、电动/发电机等组成，是一种典型的机电磁一体化产品，涉及到机械、材料、电工、热工、计算机等多学科的交叉。本课题对飞轮电池储能涉及的三大关键技术飞轮转子设计、永磁电机与磁浮轴承及其相关技术进行了初步的理论分析与设计计算，结论如下：（1）（2）7（另起一页）参 考 文
11、献（居中、小二黑体、上下各空一行）1 王 军，申金升.国内外混合动力电动汽车开发动态. 公路交通科技，2002.2 Vol.17 No.1.（小四号宋体，下同）2 唐任远等.现代永磁电机理论与设计.北京：机械工业出版社，1997.12.3 叶云岳.直线电机原理与应用.北京：机械工业出版社，2000.6.4 叶云岳等.直线电机技术手册.北京：机械工业出版社，2003.8.5 杨志轶.飞轮电池储能关键技术研究.合肥工业大学博士学位论文，2002.96 索左曼罗夫斯基.混合电动车辆基础.北京：北京理工大学出版社，2001.11.7 陈清泉，孙逢春，祝嘉光.现代电动汽车技术.北京：北京理工大学出版社，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.
