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1、回收汽车制动能量的发电装置毕业设计回收汽车制动能量的发电装置摘要 通过对国内外制动能量回收利用装置的研究，结合未来电动汽车驱动方式的发展方向，本文研究利用轮毂式发电机回收制动能量的实用技术。根据电机的可逆原理当原动机驱动电枢绕组在主磁极N、S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行 首先，选择永磁无刷直流电机。与其他电机相比,永磁无刷电机具有功率密度高、效率高、体积小、结构简单、输出转矩大、可控性好、可靠性高、噪声低等一系列优点,在电动车领域颇受青睐。本文将进行永磁无刷直流电机的结构设计及优化。 然后，进行结
2、构设计并根据结构参数绘制CAD图纸，并应用UG软件进行三维建模。对发电机的端盖、定子、转子进行结构设计并查阅资料，确定各主要参数。最后，将CAD图纸面域导入ANSYS,利用ANSYS对电机二维电磁仿真模型进行电机内部永磁磁场进行仿真计算。通过对仿真结果的分析，检验该转子电机磁路的合理性，并对电机进行优化设计以提高电机性能的改进措施；通过对某相电枢磁场磁路的研究分析，表明采用该转子结构的电机利用电枢磁场进行弱磁的效果可以得到较好改善。关键词：电动汽车，轮毂电机，回收制动能量，仿真计算ABSTRACT Thought the research of the braking energy recov
3、ery device at home and abroad, combined with the future direction of the development of electric vehicle driving technology, this paper will develop a wheel type generator to recover brake energy. Firstly, the permanent brushless DC motor was chose . Compared with other motor, the permanent magnet b
4、rushless DC motor has high power density, high efficiency, small volume, simple structure, large output torque, good controllability, high reliability, low noise and a series of advantages, so in the field of electric vehicles it is used widely. In this paper, the permanent magnet brushless DC motor
5、 structure will be design and optimized. Then, design the structural of generator and according to the structure parameters to draw CAD drawings, and use UG software to create three-dimensional modeling. Design the structure of stator, rotor end cap and determine the main parameters. Finally, import
6、 the CAD drawing plane domain into ANSYS and use ANSYS to simulation the model of motor interior permanent magnet magnetic field. Through the analysis of the simulation results, test if the rotor motor magnetic circuit is reasonable, and conduct the optimization design in order to improve motor perf
7、ormance.Keywords: electric vehicle, wheel-hub motor, recovery of braking energy， fractional slot, TMS320LF2407A, Simulation Calculation目录摘要ABSTRACT第一章 绪论11.1 课题来源及研究意义11.2 轮毂电机的研究现状11.2.1 国内研究现状概述11.2.2 国外研究现状概述21.3 本文的主要研究内容5第二章 电动汽车用轮毂电机62.1 常用电动汽车轮毂电机类型62.1.1直流电机62.1.2 感应电机72.1.3 开关磁阻电机72.1.4 永磁无
8、刷直流电机72.2 电动汽车用轮毂电机系统永磁材料82.3 本文所设计电机的主要特点92.4 本文电机设计的原则102.5 本章小结10第三章 轮毂电机结构设计及主要参数的设计计算113.1 电机的总体结构113.1.1电机相数的确定113.1.2电机绕组的设计113.1.3 极槽配合的设计123.1.4 电机转子结构确定133.1.5 定转子相对位置确定143.2 轮毂电机各参数设计计算143.2.1 轮毂电机额定参数设计143.2.2 轮毂电机永磁体尺寸设计143.2.3 轮毂电机转子尺寸计算163.2.4 轮毂电机每槽匝数的计算173.2.5 轮毂电机定子尺寸计算183.2.6 轮毂电机
9、定子电枢绕组计算203.3 轮毂电机的结构设计213.4 本章小结22第四章 轮毂电机二维静态磁场仿真分析234.1 电磁场有限元法计算的步骤234.1.1 建立电机二维模型并导入ANSYS软件234.1.2 设置图形用户界面（GUI）并处理导入的模型234.1.3材料属性的定义254.1.4磁极的磁化方向的定义254.1.5 赋予材料属性并划分网格264.1.6 设置边界条件274.1.7 求解274.1.8 后处理284.2 电枢槽的优化304.3 本章小结31第五章 轮毂电机回收制动能量的工作原理325.1 储能装置的设计325.2 制动能量回收装置的控制策略325.3 电机的可逆性32
10、5.4 本章小结32参考文献33致谢35第一章 绪论1.1 课题来源及研究意义近年来，我国汽车工业迅速崛起产，销量均列世界之首。据2011年中国汽车工业协会的统计数据，我国汽车产销量分别为1841.89万辆和1850.51万辆。汽车带来的环境和能源问题日益严峻，发展节能减排技术迫在眉睫。目前，世界各国都开始加强对汽车制动能量回收利用技术的研究。 用于汽车的制动能量回收利用装置的作用是制动时将汽车的动能转化为电能存储在电容器中，在需要时储存的电能可用做驱动或者是给用电设备供电。制动能量回收利用装置广泛应用在电动汽车和混合动力汽车上，进一步提高了电动车的性能。一般情况下，普通的内燃机车很少装有制动
11、能量回收利用装置，制动时的动能转化为热能排放到大气中，白白浪费掉。本文将设计一种回收制动能量的轮毂式发电机。轮毂驱动技术是未来电动车、混合动力汽车，驱动方式的发展方向。本文采用的直流无刷永磁电机，具有可逆性，既可作为电动机，也可作为也可以作为电动机。当汽车制动时可作为发电机回收制动能量。究制动能量回收利用的优点如下：1.改善汽车的燃油经济性，减少燃油消耗；2.排放性能得到改善，有利于环境保护；因此，制动能量回收利用装置的研具有重大意义。1.2 轮毂电机的研究现状1.2.1 国内研究现状概述 目前，国内轮毂电机技术还不成熟，还在不断探索的道路上。由于国家对电动汽车技术的大力扶持，国内各知名高校对
12、轮毂电机技术的研究也不断加强，并取得了一定的成果。哈尔滨工业大学爱英斯电动汽车研究所自主研发出了采用多态轮毂电机驱动的EV962I型电动汽车；同济大学汽车学院自主研发出了，使用多个低速永磁直流无刷轮毂电机直接驱动的春晖号电动汽车；中科院北京三环通用电气公司研发出了功率为7.5 kw的供电动汽车使用的轮毂电机。此外，国产汽车品牌奇瑞，正在探索将该技术用于量产电动车上。在2011上海车展上，奇瑞公司推出了采用轮毂电机驱动的增程式电动汽车瑞麒X1。下图为在上海车展上展出的瑞麒X1-EV。图1-1 瑞麒X1-EV1.2.2 国外研究现状概述 国外对轮毂电机的研究起步比较早，技术也比较先进。汽车工业比较
13、发达的国家，比如美国、日本，逐步将该技术在量产车上推广。下面将具体介绍各汽车工业发达国家轮毂电机的发展现状。（1）美国轮毂电机发展现状。 美国通用汽车高级技术研发中心在雪弗兰s-10皮卡上使用了自行研制的轮毂电机并取得良好的效果。该皮卡装上轮毂电机后，车轮的质量只增加15kg，但能够产生的功率高达25kw，进一步改善了汽车的加速性能。采用轮毂电机技术的福特F-150将此前的所有传动部件通通舍弃不用，让车辆的传动部件更为简单，质量减轻，图1-2为汽车实物图。 图1-2福特 F-150（2）日本轮毂电机的研究现状 日本的轮毂电机技术更是处于世界领先的水平，像本田、丰田这样汽车巨头在不断推出自己的轮
14、毂电机产品，图1-3为丰田研制的轮毂电机实物。日本的各大高校也有很多对轮毂电机技术进行了深入地研究。日本庆应义塾大学清水浩教授对轮毂电机驱动的电动车研究有很深的造诣，自主研发出了采用轮毂电机驱动技术的型号为IZA、ECO、KAZ的电动汽车。 图1-3 丰田轮毂电机实物（3）法国轮毂电机研究现状法国TM4公司设计的采用外转子式永磁无刷直流电机的一体化轮毂电机。该电机具有很好的性能，电机的额定功率可达到18. 5 kW,电机的额定转速950 r/min,额定工况下拥有高达96%的平均效率;峰值功率为惊人的80 kW,峰值扭矩可高达670 Nm,最高转速可以达到1 385 r/min，结构图如1-1
15、所示。此电机实现了电机转子、轮辋以及制动器的高度集成，质量轻，能降低汽车非弹簧质量，提高汽车的操控性能。但是，该电机结构比较复杂，零部件的加工精度要求较高，散热较差，维修难度大，电机轴向长度要求严格。 图1-4 一体化轮毂电机（4）英国轮毂电机研究现状下图为英国PML Flightlink公司研制的轮毂电机，目前已在实际车型中应用，比如Volvo ReChange C30混合动力汽车和Ford-50纯电动汽车。其实物图如1-2所示，该虽然电机结构比较复杂，但是具有较高的安全性。该电机由若干可独立运转的子电机系统组成，电机运转时的转矩和功率由各个子系统共同提供。即使有一个子系统不能正常运转，整个电机正常运转也不会受到太大的影响。但是，每一子系统都要配备一个逆变器和功率器件控制系统，控制复杂，成本较高。由于空间有限，要求电子元件的体积小，因
