摘要
摘要
制动能量回收技术是缓解环境与能源压力的一条有效途径，而飞轮储能作为
一种更为绿色高效的储能方式广泛应用于诸多领域，特别在汽车上的应用具有巨
大的潜力。本文结合飞轮储能与永磁耦合传动技术，创新提出一种车用新型永磁
耦合式飞轮储能装置，并进行如下几个方面的研究：
首先，对永磁耦合传动机构的结构组成及机理进行阐述，该机构具有转矩传
递与分离功能，其核心部件为主动轴、从动轴、永磁体磁环，通过调节永磁体磁
环位置，从而在主、从动轴接触端面上产生轴向力，进而产生摩擦力矩，从而实
现两轴的传动关系的变化，本文基于磁化效应、稳恒磁场的计算理论及计算方法
推导出轴向力及摩擦转矩的计算公式。
其次，基于有限元分析软件AnsysMaxwell搭建核心部件仿真模型，仿真分析
永磁体磁环在三个不同位置时两轴的磁化现象、磁力线分布情况、轴向力值和摩
擦转矩值，并分析不同永磁体磁环参数以及传动轴直径对轴向力和摩擦转矩的影
响，为本文车用新型永磁耦合式飞轮储能装置的设计提供了依据。
再次，确定车用新型永磁耦合式飞轮储能装置的机械设计方案，包括总体结
构设计、永磁耦合传动机构设计、储能飞轮设计、轮系传动比设计等，并采用虚
拟样机技术，基于Catia建模软件绘制该装置三维模型，同时采取后处理手段，模
拟该装置拆装与运动过程，以及对装置中重点受力部件支撑杆、储能飞轮进行应
力分析，验证装置设计的合理性、可行性。
再次，结合汽车行驶工况，将行驶过程划分为几个时间段，以此分析各时间
段内储能飞轮和永磁耦合传动机构的工作状态以及能量流动过程，并根据动力学
原理，推导出有效回收能量的计算公式，同时制定永磁耦合传动机构的控制策略。
最后，基于NEDC工况，运用Matlab/simulink软件对车用新型永磁耦合式飞
轮储能装置进行能量回收效果仿真分析，仿真结果表明该装置的有效回收能量可
达到70000J至105000J，同时有效回收能量与永磁体磁环结合位置成负相关关系，
与储能飞轮转动惯量、轮系传动比成正相关关系。
关键词：制动能量回收；飞轮储能；永磁耦合；磁化效应；NEDC
I
Abstract
Abstract
Brakingenergyrecoverytechnologyisaneffectivewaytorelieveenvironmental
andenergypressure.flywheelenergystorageasamoregreenandefficientwayof
energystorageiswidelyusedinmanyfields,especiallyintheautomotiveapplication
hasgreatpotential.Combiningtheadvantagesofpermanentmagnetcouplingdrive
technologyandflywheelenergystorage,thisthesisinnovativelyproposedanewtypeof
permanentmagnetcouplingflywheelenergystoragedeviceforvehicles,andcarriedout
thefollowingstudies:
Firstly,thestructureandmechanismofthepermanentmagnetcoupling
transmissionmechanismaredescribed.Themechanismhasthefunctionoftorque
transmissionandseparation.Itscorecomponentsareactiveshaft,drivenshaftand
permanentmagnetring.Byadjustingthepositionofthemagnet