为了缩短换挡时间，提升换挡品质，进而提高汽车燃油经济性和行驶平顺性，本文拟设计一种直线执行器以取代现有常规AMT变速器的换挡驱动装置。在研究过程中通过分析比较现有直线电机的结构型式，选择符合本课题目标要求的电机类型，根据现有磁性材料的特性确定磁路方案，并在便于变速器换挡拨杆布置的条件下初步确定直线电机的基本尺寸，最后根据电磁理论与机械原理，对换挡执行器磁路进行计算与校核，确定电机的最终结构及其具体参数。本文运用磁力机械基本原理设计的换挡执行器对理论研究具有十分重要的意义，对工程应用有着巨大价值。关键词 AMT，换挡执行器，直线电机，动圈式，磁力机械目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外直线电机的研究及发展概况 1
1.3 本文的结构及主要研究内容 2
2 系统方案的选择 3
2.1 换挡执行器设计要求 3
2.2 换挡执行器方案的选择 3
2.3 直线电机磁性材料的选择 7
3 换挡执行器的结构设计 9
3.1 换挡执行器的结构与工作原理 9
3.2 换挡执行器系统分析 10
4 磁力结构参数的计算与校核 12
4.1 磁力机械设计的基本思想 12
4.2 磁场结构各参数的设定 12
4.3 磁路计算校核及电磁线圈的设计 13
4.4 换挡执行器结构优化及装配图 17
结论 18
致谢 19
参考文献201 绪论
1.1 课题研究背景及意义
当前，我国汽车工业正在飞速发展，越来也多的先进技术被应用在汽车当中。随着人们生活水平越来越好，以及世界各国对能源问题的日益重视，汽车的舒适程度、安全可靠性等多方面的问题逐渐被人们所重视。
汽车变速器是影响汽车性能的关键部件之一，其技术创新是我国汽车产业发展的关键，并直接影响到未来整车竞争格局。对自动变速技术的不断改善不仅可以有效地提升汽车的燃油经济性，提高汽车的安全性，而且能有效地改善乘员乘坐时的舒适度体验，所以提升自动变速技术一直是各大汽车生产厂
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。随着人们生活水平越来越好，以及世界各国对能源问题的日益重视，汽车的舒适程度、安全可靠性等多方面的问题逐渐被人们所重视。
汽车变速器是影响汽车性能的关键部件之一，其技术创新是我国汽车产业发展的关键，并直接影响到未来整车竞争格局。对自动变速技术的不断改善不仅可以有效地提升汽车的燃油经济性，提高汽车的安全性，而且能有效地改善乘员乘坐时的舒适度体验，所以提升自动变速技术一直是各大汽车生产厂家不断追求的目标。与传统变速器相比，电控机械式自动变速器(AMT)既能够实现自动变速功能，而且在实际运用过程中传动效率高、经济性好、结构简单和生产成本低等优点[1]。当然由于AMT是从手动变速器改进而来，所以在手动变速器中存在的缺点AMT也明显存在，如换挡时动力中断，动力损失较为严重，而且换挡过程中会产生明显的冲击，平顺性不足。
随着智能控制理论研究日益深入，汽车上的电子技术逐步发展。要想缩短动力中断时间、提高换挡平顺性、降低换挡冲击，可以利用全新结构型式的换挡执行器、不断调整优化换挡控制系统来实现。因此本课题旨在设计新型换挡执行器的直线驱动装置来实现AMT的自动换挡，而本次课题的研究重点是设计出满足系统性能使用要求的直线电机。
1.2 国内外直线电机的研究及发展概况
直线电机最早的研制可以从十九世纪八十年代算起，作为直线电机的创始者惠斯登提出并且制作了最早形态的直线电机，虽然结果并不是十分成功。从直线电机最初的设计诞生到现在已经有了一百多年的历史，通常将其分为探索试验时期（1840—1955年）、开发应用（1956—1970年）和实用商品化（1971年至今）三个时代，而从上世纪七十年代我国才开始引进直线电机的概念并深入研究，目前逐渐推广应用。
随着技术的发展，国内外各种直线电机的发展趋势可归纳为以下三个方面，一是向大容量、大推力方向的发展；二是向高速度、高精度方向的发展；三是向物流传送设备方向的迅猛发展。
1.2.1 在大容量、大推力方向的发展
20世纪80年代初以美国、日本以及加拿大为首的几个发达国家利用直线电机作为城市轨道交通的动力源，应用直线电机驱动的城轨交通优势明显。后来直线电机还被运用至磁浮交通方面，目前掌握较为先进的磁浮交通驱动技术的国家有日本、德国、美国等，我国的高速磁浮交通也已经取得了飞快的进步。
直线电机在这方面的发展还体现在诸如油田抽油机、大型工业设备、建筑设备中的广泛应用，并且效果明显。
1.2.2 在高速度、高精度方向的发展
（1）直线电机驱动的高速、高精度现代机床[2]
传统的机床通常依靠丝杆驱动其工作，而这种驱动方式一直有长度限制以及较大的摩擦等因素限制，由于这些因素的存在限制了这些传统机床的工作效率和工作精度。然而直线电机以其高精度、大推力的优点可以保证机床工作过程中更高的工作速度和更高的精度，进而取代传统的机床驱动装置。
（2）直线电机驱动的其他高速、高精度装备
直线电机在高速度、高精度方向的发展不仅表现在机床领域外，还在其他如一些要求高的过程控制系统、精密检测系统和直线伺服驱动系统[2]等领域中得到迅速发展。
1.2.3 在物流输送设备方面的发展
在现代化的大规模生产过程中，物流技术已经被提到了前所未有的高度，而物流设备的先进与否将直接影响到物流技术的发展[3]。在物流运输的过程，绝大部分时间的货物都在流水线上走过，而这些流水线普遍采用直线电机作为其动力源，加快运输能力。适应多批量灵活安排的需求[3]，其结构简单、运行可靠、成本低、效率与智能化程度高等优点也是大规模应用的重要原因。
1.3 本文的结构及主要研究内容
本文研究的内容是对传统AMT换挡执行器进行改进，拟采用直线电机作为换挡动力源，并提出了一种利用直线电机驱动换挡执行器换挡的方案。本文的主要结构分为四个章节。
第一章主要介绍该课题的研究背景及意义。分析了目前AMT变速器在换挡过程中存在的缺点与不足，提出了一种直线驱动的换挡方式，并对直线电机的研究现状及发展趋势做了详细地介绍。
第二章主要介绍了系统方案的选择。在分析比较各种类型的直线电机后，对系统可能会采取的方案进行评估，通过各项性能的比较选出最符合系统要求的直线电机。最后通过查阅资料，对磁体的剩磁、矫顽力等参数进行比较，从而选择最适合系统的永磁和软磁材料。
第三章主要是换挡执行器机理分析。在本章节中初步确定了换挡执行器的结构，如线圈绕组、采用Halbach阵列布局的磁路结构等，并对换挡执行器的工作原理作了进一步的阐述。初步确定好结构之后对执行器直线驱动装置进行系统分析，这其中包括机械子系统、电路子系统和磁路子系统三个模块。
第四章主要是对换挡执行器磁路进行计算及校核。根据换挡执行器的设计目标，以及在便于换挡拨杆布置的情况下，初步确定直线电机的基本参数，再利用磁力机械设计的基本思想对方案原理进行深入构思，细化结构方案，并通过计算与校核得到换挡执行器的具体结构参数。
最后结论部分介绍了本课题在设计过程中所取得的成果，当然也包括其中的不足之处，并且对后续工作开展的方向作了简单的介绍。
2 系统方案
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