車用永磁式緩速器制動力矩的計算方法

1、車用永磁式緩速器制動力矩的計算方法摘要:為了優(yōu)化永磁式緩速器的構(gòu)造參數(shù)和進步永磁式緩速器的制動性能,應用復矢量磁位方法,分析了緩速器內(nèi)部的磁位分布,計算了轉(zhuǎn)子鼓中的渦流損耗,推導了永磁式緩速器的制動力矩計算公式,以反映永磁式緩速器制動力矩與各設計參數(shù)之間的互相關系。復矢量計算方法的計算結(jié)果與緩速器臺架試驗結(jié)果比擬和分析說明,試驗值與理論值吻合較好,最大誤差不大于6%,采用復矢量磁位計算方法計算永磁式緩速器制動力矩具有很好的逼近效果。關鍵詞:車輛工程;永磁式緩速器;制動力矩;計算方法0引言車用電渦流緩速器產(chǎn)品目前在國內(nèi)客車行業(yè)已經(jīng)得到一定的應用,采用永久磁鐵進展勵磁的永磁式緩速器可以消除或減小車

2、用電渦流緩速器的缺點1-4。與其他形式緩速器相比,永磁式緩速器具有以下優(yōu)點:可實現(xiàn)大幅度的輕量化、小型化;幾乎不消耗電力(僅電磁閥耗電);連續(xù)使用時自身不會產(chǎn)生過熱,能持續(xù)保持制動力的穩(wěn)定性和持久性;在高速范圍內(nèi)制動力不會降低,且傳動軸轉(zhuǎn)速越高,制動力越大;保養(yǎng)簡單,只需定期檢查空氣間隙即可5-10。永磁式緩速器的這些優(yōu)點使其具有良好的開展前景3。本文運用復矢量磁位推導了永磁式緩速器的制動力矩計算公式,以反映永磁式緩速器制動力矩與各設計參數(shù)的互相關系,可用于指導永磁式緩速器的產(chǎn)品開發(fā)和改良設計。1永磁式緩速器構(gòu)造形式永磁式緩速器包括兩局部:轉(zhuǎn)子和定子。永磁式緩速器的構(gòu)造按轉(zhuǎn)子的形狀分為鼓式和盤

3、式兩種類型。盤式永磁式緩速器的構(gòu)造和普通電渦流緩速器根本相似,這種構(gòu)造存在體積大,難以控制等缺點,下面只對鼓式永久磁鐵緩速器磁鐵周向轉(zhuǎn)動式的構(gòu)造進展分析。這種構(gòu)造的緩速器構(gòu)造見圖1,磁鐵保持架內(nèi)有兩排磁鐵,每排磁鐵磁極交替反向排列,各自固定在磁鐵支架上。2永磁式緩速器工作原理圖2、3分別為永磁式緩速器磁場與制動力矩產(chǎn)生原理。永磁式緩速器工作原理為:利用電磁場原理把汽車行駛的動能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉,從而實現(xiàn)汽車的減速和制動。永磁式緩速器制動力矩的產(chǎn)生過程是:當駕駛員接通緩速器的控制手柄(或踩下制動踏板)開關,進展減速或制動時,氣缸(或液壓缸)通過推動活塞使永久磁鐵進入工作位置,產(chǎn)生的磁場在定子磁

4、極、氣隙、轉(zhuǎn)子鼓和環(huán)行支架之間構(gòu)成回路,見圖2,磁極磁通量的大小與永久磁鐵本身的材料和大小有關;這時在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子鼓上,其內(nèi)部無數(shù)個閉合導線所包圍面積內(nèi)的磁通量就發(fā)生變化(或者說其內(nèi)部無數(shù)個閉合導線切割勵磁繞組產(chǎn)生磁力線),從而在轉(zhuǎn)子鼓內(nèi)部產(chǎn)生無數(shù)渦旋狀的感應電流,即渦電流(簡稱渦流);一旦渦電流產(chǎn)生,磁場就會對帶電的轉(zhuǎn)子鼓產(chǎn)生阻止其轉(zhuǎn)動的阻力(即制動力),阻力的方向可由弗萊明(Flein)左手法那么來判斷,阻力的合力沿轉(zhuǎn)子鼓周向形成與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩,見圖3;同時渦流在具有一定電阻的轉(zhuǎn)子鼓內(nèi)部流動時,會產(chǎn)生熱效應而導致轉(zhuǎn)子發(fā)熱,這樣,車輛行駛的動能就通過感應電流轉(zhuǎn)化為熱能,并通過轉(zhuǎn)子鼓

5、上的葉片產(chǎn)生的風力將熱量迅速散發(fā)出去。3應用復矢量磁位計算制動轉(zhuǎn)矩圖4、5分別是永磁式緩速器的定子構(gòu)造、定子和轉(zhuǎn)子相對位置示意圖。4實例分析1200N永磁式緩速器構(gòu)造參數(shù)如下:轉(zhuǎn)子鼓的外徑r2為222;內(nèi)徑r1為212;厚度為10;氣隙ge為1.4,外界環(huán)境溫度為293K,轉(zhuǎn)子鼓材料為電工純鐵,其物性參數(shù)見表1;考慮強迫散熱,復合外表對流換熱系數(shù)取較大值為220(2K)-1。本次試驗是在課題組研制的緩速器綜合性能試驗臺進展的,見圖6,主要測試永磁緩速器的制動力矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關系,根據(jù)試驗曲線可以確定速度變化過程中的最大制動力矩。試驗方法為:啟動電機,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速到達2000rin-1,斷開電機,

6、接通電磁換向閥,使緩速器動作,直至轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0。試驗中記錄制動力矩、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、定子溫度和轉(zhuǎn)子溫度等內(nèi)容。制動前轉(zhuǎn)子溫度必須是室溫。試驗結(jié)果見圖7,作為比擬,圖中還給出了運用復矢量磁位方法計算的制動力矩與轉(zhuǎn)速之間的關系曲線。由圖7可知,復矢量磁位計算方法與試驗數(shù)據(jù)都可以較好地吻合,最大誤差不超過6%,因此,此計算方法可以用于計算永磁式緩速器制動力矩及性能分析,從而指導緩速器的設計和改良。由圖7可知,試驗曲線在1200rin-1時到達臨界轉(zhuǎn)速,制動轉(zhuǎn)矩到達最大值為1200N;在低速時,理論計算制動力矩略小于試驗值,轉(zhuǎn)速為0時制動力矩試驗值不為0,這是由于漏磁的緣故;而隨著轉(zhuǎn)速升高到150rin-1

7、左右時,理論計算力矩比試驗數(shù)據(jù)要偏大,這是因為渦流的去磁效應或渦流的存在,使磁路的磁阻抗變大,迫使勵磁磁通滲入轉(zhuǎn)子鼓的深度以及其數(shù)值均減小,另一方面隨著轉(zhuǎn)速的進步,磁場變化角速度越大,渦流的去磁效應影響越大,磁通密度將急劇減小,從而造成制動力矩減小,此外,由于轉(zhuǎn)速的增加,溫度也隨之上升,從而對磁化率、磁導率等造成影響。5結(jié)語本文從復矢量磁位(麥克斯韋方程組)出發(fā),推導了永磁式緩速器的制動力矩計算公式,反映了永磁式緩速器電磁構(gòu)造各設計參數(shù)之間的關系,能很好地逼近試驗數(shù)據(jù),最大誤差不大于6%,因此,此計算方法能較好地用于計算永磁式緩速器制動力矩及性能分析,從而指導緩速器的設計。參考文獻:Refer

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