第一章绪论
1.1论文选题的背景及意义
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，汽车就以其机动性和载重性给人们的生产、生活带来了极大的变革。汽车行业在过去一百多年里，尤其在二战期间及二战以后迅速发展，现在已经成为了许多国家的支柱产业，也成为衡量一个国家工业水平的标志。但是汽车给人们带来便利的同时也带来了一系列的负面效应，大量汽车的使用使“能源消耗，环境污染”两个大问题越来越严重。目前，全世界的汽车每年所消耗的石油约占世界石油产量的1/2。而且由于经过长期大规模无节制的幵发，石油资源已日近枯竭，据国际能源机构的预测，世界范围内来看石油可能将在未来40年内枯竭，天然气也将只能再用60年，原煤估计还能用220年左右。在中国，能源的枯竭速度更快，中国的剩余可采石油、天然气和原煤分可幵采年限别为13年、40年和60年。能源短缺和能源消费所引起的环境问题已经严重制约了我国的可持续发展。进入21世纪以来，石油价格更是节节攀升，已严重制约了世界经济的发展，世界范围内的石油危机和挑战将更加严峻。所以我们应设法少用甚至不用石油和煤炭资源，并且应积极幵发使用包括天然气、酒精以及太阳能和电能的新能源以替代石油和煤炭资源。汽车尾气中含有大量的有毒有害物质，如硫化物、氮氧化物、氟氯烃等，这些污染物不仅会污染环境，有的还会形成酸雨，有的会加剧臭氧层破坏。另外汽车尾气成分相当复杂，会造成局部空气污染，进而影响人类健康和动植物的生长。目前，在大中城市中汽车尾气己经成为空气的主要污染源，被市民评为“最不可忍受的污染物”。2011年《中国机动车污染防治年报》显示，我国已连续2年成为世界汽车产销第一大国，大量的机动车造成的空气污染已成为我国大气环境最突出、最紧迫的问题之一。随着人们环境保护意识的提高，减排的呼声与日俱增，采取有效措施来减少汽车尾气排放，保护和改善环境，已经刻不容缓。发展新能源汽车尤其是新能源汽车中的纯屯动汽车是解决能源危机与环保问题有效措施。电动汽车因具有零排放、低噪声等优点近年来受到全球广泛关注。电动汽车是理想的环保型市区交通工具，即使从总量上看，它排出的废气仍低于传统汽车。现在，科技的快速发展促进了世界各国对电动汽车的研究、开发与应用。但电动汽车完全产业化还要一定时円，目前最具有希望的是微型电动汽车，其动力性可以达到小排量汽油车的标准。可以预见电动汽车尤其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电动汽车国内外的发展现状
20世纪70年代的石油危机的环境问题使古老而年轻的电动汽车获得了新生，世界各国开始重新重视电动汽车的研发，并大力支持自己国家的各大汽车厂加紧研制自己的电动汽车，并且取得了一系列的进展和突破[46]。本是一个十分重视电动汽车的研制与开发的国家，在円本，几乎所有的车企，如丰田、本田、马自达、日产三菱等都制定了自己的商业化电动汽车的发展计划，并取得了一定成就，円本的电动汽车尤其是混合动力汽车的研发一直处于全球领先地位。20世纪90年代末日本丰田汽车公司就推出了世界上第一款批量生产的混合动力轿车PRIUS,这可以说是混合动力汽车的代表。随后还推出了 ESTIMA混合动力汽车和雷克萨斯LS600hL、GS450h、RX450h等混合动力车型。此外，本田汽车公司也幵发出了自己的Insight、CR-Z等混合动力电动汽车，円产汽车公司也在推广自己的LEAF纯电动汽车美国政府一直在大力支持电动汽车的研究和开发，并投入了大量的资金和科研力量，为电动汽车的研发提供了有效的资金保障，另外美国三大汽车公司相互合作，利用各自的优势，并依靠美国先进的汽车、机电、电子、控制技术，分工协作，使得美国的电动汽车得以迅速发展和不断改进提高。其研究成果主要有通用EV1、福特P2000、戴姆勒一克莱斯勒NECAR3电动汽车有等。欧洲各国也不甘落后，都在积极进行着电动汽车的研发工作。在法国，法国政府、法国电力公司、标致一雪铁龙汽车公司和雷诺汽车公司共同出资组建了电动汽车的电池公司，大力推广使用电动汽车。上世纪90年代初，德国政府就指定奔驰和大众汽车公司合资成立科研机构，专门对电动汽车及其配套系统进行研究。在英国，己经有40万辆电动汽车在运行，英国是使用电动汽车最广泛的国家，其电动汽车技术在世界上也是名列前茅的。欧洲其他国家也都在开展电动汽车的研发工作，如意大利的菲亚特公司、瑞典的沃尔沃汽车工业公司、瑞士的荷拉奇和埃苏拉公司等，都投入了大量资金，用于研究开发新一代电动汽车，并力争早円实现产业化。我国在上世纪80年代初才开始对电动汽车进行研究，而且主要是研究纯电动汽车。为了推进新能源汽车的开发，在“九五”期间，国家将其列入国家重大产业项目，并先后投入了1亿多人民币用于新能源汽车的研发，为中国的电动汽车发展奠定了一定的基础。90年代末，科技部又将湖北省武汉市列为全国电动汽车研发试验基地。2001年9月，东风汽车公司与武汉理工大学、华中科技大学合资成立了电动汽车公司，致力于新能源汽车的研发与商业化，这是国内最早研究电动汽车的企业。“十一五”期间，由中国著名一汽集团、东风集团、上汽集团、长安集团等和著名高校上海交通大学、厦门大学、浙江大学、武汉理工大学等大学，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研发与使用。2008年以“绿色、科技、人文”为宗旨的北京奥运会再一次推动了中国电动汽车的发展。2009年2月，国家新出台的《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》规定了电动汽车购买补助方法，对电动汽车的推广和使用有很大催进作用。2010年的上海世博园里运营纯电动大巴向世界人民展示了中国发展电动汽车热情。这些都促进了电动汽车在国内的发展。
第二章开关磁阻电机的设计
2.1开关磁阻电机的基本结构
开关磁阻电机为定、转子双凸极结构，而且定、转子极数不能相同，定、转子均由硅钢片叠压而成，其定子凸极上有集中绕组，而转子仅由硅钢片压叠而成，与电机轴刚性连接在一起，其上无绕组。一般情况下开关磁阻电机径向相对极的绕组串联构成一组，如图2-1所示。开关磁阻电机运行时遵循“磁阻最小”原理，即磁通总沿着磁阻最小的路径闭合，当定、转子凸极中心线不重合时，磁阻便会很大，转子就会转动，使转子转动到磁阻最小位置，这时转子就会产生扭矩和转速。如果控制适当，转子就能连续转动。如图2-3所示，此时定子极CC'中心线与转子极cc'中心线重合，若此时C相通电，则电机定、转子间不会产生切向磁拉力，转子不转动；若此时B相导通，由于定子极BB'中心线与转子极中心线不重合，则会产生磁阻，从而在定、转子间产生切向磁拉力，迫使转子转动。若图中依次导通D、A、B、C相绕组，则转子会按逆时针方向连续转动，反之，若依次导通B、A、D、C相绕组，则转子会按顺时针方向连续转动。由此可见，幵关磁阻电机转子的转动方向与其相绕组中电流方向无关，而仅取决于相绕组的通电顺序。且当主开关器件Si、82导通时，直流电源U给A相绕组供电，此时为电动机状态，当主开关器件S2关断时，A相绕组的电流通过二极管VD,、VD2将绕组中能量回馈给电源，此时进入发电状态，所以幵关磁阻电机可实现制动能的回收[7]。
第二章开关磁阻屯机有限元分析........26
3.1有限元法介绍........26
3.2 Ansoft电磁场分析软件介紹........26
3.2基于Ansoft RMxprt的开关磁阻电机的参数优化........27
3.2.1幵关磁阻电机模的建立........27
3.2.2仿茛计算........28
3.3开关磁阻电机电磁场的一维有限元分析........31
3.4开关磁阻电机屯磁场的二维有限元分析........36
3.5本章小结........41
第四章电动汽车驱动系统机械部分的设计........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差速器齿轮计算载荷的确定........46
4.2.3差速器结构参数的设计........47
4.2.4差速器齿轮的强度校核........51
4.3平轴杆部的初选........52
4.4差速器可视化建模........53
4.5本章小结........56
结论
微型电动汽车是目前短行程、小范围出行的理想交通工具，而且其具有高效率、零排放的特点，所以特别适合作为市区的交通工具，能有效的减少汽车尾气对城市空气的污染。开关磁阻电机是一种高效率的新型电机，而且其在低速时具有小电流、大转矩的特点，特别适合对车速要求不是很高的微型电动汽车的驱动。论文旨在进行开关磁阻电机内转子一差速器一体的机电一体化驱动系统的设计与研究，以KK80系列电动汽车为例进行了电机和机械差速器的设计，并用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AnsoftMaxwell 2D和Ansoft Maxwell 3D对优化后的开关磁阻电机进行了电磁场仿真分析，验证了设计的IF.确性。在完成电机和差速器的设计后用CATIA软件对所设计的开关磁阻电机内转子一差速器一体的机电一体化驱动轴进行了三维可视化建模，最后用ADVISOR软件分别对整车性能和续驶里程进行了仿真分析，验证了动力匹配的IH确性，具有一定的理论意义和实用价值。
参考文献
[1]陈清泉,孙逄春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社,2002.
[2]余上生.汽车理论M.第4版.北京：机械工业出版社，2002.
[3]陈家瑞.汽车构造[M].第2版.北京：机械工业出版社，2001.
[4]王望予.汽车设计[M].第4版.北京：机械工业出版社，2004.8.
[5]戴文进，张景明.电机设计.北京：清华大学出版社，2010.6.
[6]汤天浩.电机与拖动基础.第2版.北京：机械工业出版社,2011.8.
[7]詹琼华. 开大磁阻电动机[M].武汉：华中理工大学出版社，1992.
[8]又建华.开关磁阻电机设计与应用[M],北京：机械工业出版社,2000.6.
[9]叉红觅.开关磁阻电机系统理论与控制技术[M].北京：中国电力出版社，2010.7
[10]干.宏华.开关:明磁阻电动机调速控制技术[M].北京：机械工业出版社，1995.6.