38910字硕士毕业论文机电一体化论文选编:电动汽车机电一体化驱动系统的设计与研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38910字

论点：磁阻,电动汽车,转子

论文概述：

本文的目的在于设计一种高效率的机电一体化的电动汽车驱动轴，以提高电动汽车的动力性和续驶里程。这里主要以临沂沂达电动汽车有限公司的KK80系列微型电动汽车为研究对象，但实际上不

论文正文：

第一章导言

1.1论文选题的背景和意义
1.1.1电动汽车研究的背景
自从第二次工业革命产生汽车以来，汽车以其机动性和承载能力给人们的生产和生活带来了巨大的变化。汽车工业在过去的100年里发展迅速，尤其是在第二次世界大战期间和之后。现在，它已经成为许多国家的支柱产业和衡量一个国家工业水平的标志。然而，汽车给人们带来了便利，也带来了一系列负面影响。大量汽车的使用使得“能源消耗和环境污染”两大问题越来越严重。目前，世界汽车每年消耗大约世界石油产量的1/2。此外，由于长期大规模不受控制的开发，石油资源几乎耗尽。根据国际能源署的预测，未来40年石油可能会枯竭，天然气只能再用60年，原煤估计要用220年左右。在中国，能源消耗速度更快。中国剩余的可采石油、天然气和原煤可分别开采13年、40年和60年。能源短缺和能源消耗造成的环境问题严重制约了中国的可持续发展。进入21世纪以来，石油价格稳步上涨，严重制约了世界经济的发展。全球石油危机和挑战将更加严峻。因此，我们应该尽量少用或不用石油和煤炭资源，积极开发和利用包括天然气、酒精、太阳能和电能在内的新能源来替代石油和煤炭资源。汽车尾气含有大量有毒有害物质，如硫化物、氮氧化物、氢氯氟烃等。这些污染物不仅会污染环境，有些还会形成酸雨，有些会加剧臭氧层的破坏。此外，汽车尾气的成分相当复杂，会造成当地空空气污染，从而影响人体健康和动植物的生长。目前，汽车尾气已成为大中城市空气体的主要污染源，被市民评为“最难忍受的污染物”。《2011年中国机动车污染防治年度报告》显示，中国已经连续两年成为全球最大的汽车生产国和销售国。大量机动车造成的空气污染已经成为中国大气环境中最突出和最紧迫的问题之一。随着人们环保意识的提高，减排的呼声日益高涨。迫切需要采取有效措施减少汽车尾气排放，保护和改善环境。新能源汽车的发展，尤其是新能源汽车中的纯机动车，是解决能源危机和环境保护问题的有效措施。电动汽车因其零排放和低噪声的优点，近年来受到了全世界的关注。电动汽车是一种理想的环保城市交通工具。即使就总量而言，其废气排放量仍低于传统车辆。目前，科学技术的飞速发展推动了电动汽车在世界范围内的研究、开发和应用。然而，电动汽车要完全工业化还需要一段时间。目前最有前途的是小型电动汽车，其动力性能可以达到小排量汽油车的标准。可以预见，电动汽车，特别是微型电动汽车，将成为我国未来的主要交通工具之一。

1.1.2国内外电动汽车的发展现状
20世纪70年代石油危机的环境问题给新旧电动汽车带来了新的生机。世界各国开始重新重视电动汽车的研发，大力支持本国主要汽车工厂加快发展自己的电动汽车，并取得了一系列进展和突破，[46]。这是一个非常重视电动汽车研发的国家。在日本，几乎所有的汽车企业，如丰田、本田、马自达、日产三菱等。，制定了自己的商用电动汽车发展规划，并取得了一定的成绩。日本电动汽车，尤其是混合动力电动汽车的研发一直处于世界领先地位。20世纪90年代末，日本丰田汽车公司(Toyota Motor Corporation)推出了世界上第一款大规模生产的混合动力汽车普锐斯，可以说是混合动力汽车的代表。随后，ESTIMA混合动力汽车和雷克萨斯LS600hL、GS450h、RX450h等混合动力车型也相继推出。此外，本田汽车公司还发布了自己的洞察力、CR-Z等混合动力电动汽车。汽车公司也在推广他们的LEAF纯电动汽车。美国政府一直大力支持电动汽车的研发，投入大量资金和科研努力，为电动汽车的研发提供有效的财政保障。此外，三大美国公司的研究成果主要包括通用EV1、福特P2000、戴姆勒-克莱斯勒NECAR3电动车等。欧洲国家也不愿意落后，正在积极开发电动汽车。在法国，法国政府、法国电力公司、标致雪铁龙和雷诺共同出资成立了一家电动汽车电池公司，以推广电动汽车的使用。20世纪90年代初，德国政府任命梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)和大众(Volkswagen)成立联合研究所，研究电动汽车及其支持系统。在英国，已经有40万辆电动汽车投入使用。英国是电动汽车使用最广泛的国家，其电动汽车技术是世界上最好的之一。其他欧洲国家也在进行电动汽车的研发，如意大利的菲亚特公司、瑞典的沃尔沃汽车工业公司、瑞士的霍勒斯和埃索拉公司等。，都投入了大量资金研发新一代电动汽车，力争不久实现产业化。20世纪80年代初，中国开始研究电动汽车，主要是纯电动汽车。为了促进新能源汽车的发展，“九五”期间，国家将新能源汽车列为国家重大工业项目，先后投资1亿多元人民币研发新能源汽车，为我国电动汽车的发展奠定了一定的基础。20世纪90年代末，科技部将湖北省武汉市列为国家电动汽车研发试验基地。2001年9月，东风汽车公司、武汉科技大学和华中科技大学共同成立了电动车公司，致力于新能源汽车的研发和商业化。它是中国最早研究电动汽车的企业。“十一五”期间，中国著名一汽集团、东风集团、SAIC集团、长安集团以及上海交通大学、厦门大学、浙江大学、武汉理工大学等著名大学承担的国家“863”和“973”电动汽车研究项目推动了中国电动汽车的发展和使用。以“绿色、科技、人文”为目标的2008年北京奥运会再次推动了电动汽车在中国的发展。2009年2月，国家新颁布的《节能和新能源汽车示范推广财政补贴资金管理暂行办法》规定了购买电动汽车的补贴方式，极大地促进了电动汽车的推广和使用。2010年上海世博会园区纯电动公交车的运营向世界人民展示了中国发展电动汽车的热情。这些都促进了电动汽车在中国的发展。

第2章开关磁阻电机的设计

2.1开关磁阻电机的基本结构
开关磁阻电机是定子和转子的双凸极结构，定子和转子极数不能相同。定子和转子都由硅钢片层压而成。定子的凸极有集中的绕组，而转子仅由硅钢片层压而成，并无绕组地刚性连接到电机轴上。一般来说，开关磁阻电机的直径相对的磁极的绕组串联连接形成一组，如图2-1所示。开关磁阻电机遵循“最小磁阻”的原理，即磁通量总是沿着最小磁阻的路径闭合。当定子和转子凸极的中心线不重合时，磁阻会很大，转子会旋转，使转子旋转到磁阻最小的位置，然后转子会产生转矩和转速。如果控制得当，转子可以连续旋转。如图2-3所示，此时定子磁极CC’的中心线与转子磁极CC’的中心线重合。如果此时c相通电，电机定子和转子之间不会产生切向磁拉力，转子也不会旋转。如果此时相B导通，由于定子磁极BB’的中心线和转子磁极的中心线不重合，将产生磁阻，从而在定子和转子之间产生切向磁拉力，迫使转子旋转。如果图中的直流、交流、直流相绕组依次打开，转子将继续逆时针旋转。相反，如果乙、甲、丁、丙相绕组依次接通，转子将沿顺时针方向连续旋转。由此可见，磁阻电机转子的旋转方向与其相绕组中的电流方向无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。并且当主开关器件S1、82导通时，DC电源U向处于电机状态的A相绕组供电。当主开关装置S2关断时，A相绕组的电流通过二极管VD、VD2将绕组中的能量反馈给电源，二极管VD、VD2进入发电状态，因此关断磁阻电机可以实现制动能量的回收
结论。

第二章开关磁阻调谐器的有限元分析........26
3.1有限元方法简介........26
3.2安软件电磁场分析软件简介........基于Ansoft RMxprt的26
3.2开关磁阻电机参数优化........27
3.2.1闭合磁阻电机模型的建立........27
3.2.2毛茛模拟计算........28
3.3开关磁阻电机电磁场的一维有限元分析........31
3.4开关磁阻电机磁场的二维有限元分析........36
3.5本章摘要........41
第四章电动汽车驱动系统机械零件的设计........42
4.1驱动系统结构形式的选择........42
4.2差速器的设计........45
4.2.1差速器的结构设计........45
4.2.2差速器计算载荷的确定........46
4.2.3差速器结构参数的设计........47
4.2.4差速器的强度检查........51
4.3平轴杆的初步选择........52
4.4差速器的视觉建模........53
4.5本章摘要........56

[7]

微型电动汽车是目前短途和小规模行驶的理想车辆，具有高效率和零排放的特点。因此，它们特别适用于城市交通，能有效降低汽车尾气对城市空气体的污染。开关磁阻电机是一种新型高效电机，具有小电流、低速大转矩的特点。它特别适用于驱动低速要求的微型电动汽车。本文旨在开关磁阻电机转子差动机电一体化驱动系统的设计与研究。以KK80系列电动汽车为例，设计了电机和机械差速器，并利用ansoft RMxprt软件对初步设计的开关磁阻电机进行了优化。然后分别用麦克斯韦2D和麦克斯韦三维对优化后的开关磁阻电机和中频进行电磁场仿真分析。设计的真实性得到验证。电机和差速器设计完成后，利用CATIA软件对设计的开关磁阻电机内转子差速器机电一体化驱动轴进行三维可视化建模。最后，利用ADVISOR软件分别对车辆性能和行驶里程进行仿真分析，验证了功率匹配的IH精度，具有一定的理论意义和实用价值。

参考
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[2]余尚生。汽车理论第四版。北京:机械工业出版社，2002。
[3]陈嘉睿。[汽车结构公司。第二版。北京:机械工业出版社。2001.
[4]王王宇。[汽车设计公司。第四版。北京:机械工业出版社，2004.8。
[5]张景明戴金文。电机设计。北京:清华大学出版社，2010.6。
[6]唐天豪。电机和拖动基础。第二版。北京:机械工业出版社。2011.8。
[7]詹琼花。打开大磁阻电机[。武汉:华中科技大学出版社，1992。
[8]游建华。开关磁阻电机设计与应用[，北京:机械工业出版社，2000.6。
[9] X红米。开关磁阻电机系统理论和控制技术[。北京:中国电力出版社，2010.7
[10]甘。红花。开关:明磁阻电机调速技术[。北京:机械工业出版社，1995.9