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1、车用永磁式缓速器制动力矩的计算方法摘 要:为了优化永磁式缓速器的结构参数和提高永磁式缓速器的制动性能,应用复矢量磁位方法,分析了缓速器内部的磁位分布,计算了转子鼓中的涡流损耗,推导了永磁式缓速器的制动力矩计算公式,以反映永磁式缓速器制动力矩与各设计参数之间的相互关系。复矢量计算方法的计算结果与缓速器台架试验结果比较和分析表明,试验值与理论值吻合较好,最大误差不大于6%,采用复矢量磁位计算方法计算永磁式缓速器制动力矩具有很好的逼近效果。关键词:车辆工程;永磁式缓速器;制动力矩;计算方法0引 言车用电涡流缓速器产品目前在国内客车行业已经得到一定的应用,采用永久
2、磁铁进行励磁的永磁式缓速器可以消除或减小车用电涡流缓速器的缺点[1-4]。与其他形式缓速器相比,永磁式缓速器具有以下优点:可实现大幅度的轻量化、小型化;几乎不消耗电力(仅电磁阀耗电);连续使用时自身不会产生过热,能持续保持制动力的稳定性和持久性;在高速范围内制动力不会降低,且传动轴转速越高,制动力越大;保养简单,只需定期检查空气间隙即可[5-10]。永磁式缓速器的这些优点使其具有良好的发展前景[3]。本文运用复矢量磁位推导了永磁式缓速器的制动力矩计算公式,以反映永磁式缓速器制动力矩与各设计参数的相互关系,可用于指导永磁式缓速器的产品开发和改进设计。1永磁式
3、缓速器结构形式永磁式缓速器包括两部分:转子和定子。永磁式缓速器的结构按转子的形状分为鼓式和盘式两种类型。盘式永磁式缓速器的结构和普通电涡流缓速器基本相似,这种结构存在体积大,难以控制等缺点,下面只对鼓式永久磁铁缓速器磁铁周向转动式的结构进行分析。这种结构的缓速器结构见图1,磁铁保持架内有两排磁铁,每排磁铁磁极交替反向排列,各自固定在磁铁支架上。2永磁式缓速器工作原理图2、3分别为永磁式缓速器磁场与制动力矩产生原理。永磁式缓速器工作原理为:利用电磁场原理把汽车行驶的动能转化为热能而散发掉,从而实现汽车的减速和制动。永磁式缓速器制动力矩的产生过程是:当驾驶员接
4、通缓速器的控制手柄(或踩下制动踏板)开关,进行减速或制动时,气缸(或液压缸)通过推动活塞使永久磁铁进入工作位置,产生的磁场在定子磁极、气隙、转子鼓和环行支架之间构成回路,见图2,磁极磁通量的大小与永久磁铁本身的材料和大小有关;这时在旋转的转子鼓上,其内部无数个闭合导线所包围面积内的磁通量就发生变化(或者说其内部无数个闭合导线切割励磁绕组产生磁力线),从而在转子鼓内部产生无数涡旋状的感应电流,即涡电流(简称涡流);一旦涡电流产生,磁场就会对带电的转子鼓产生阻止其转动的阻力(即制动力),阻力的方向可由弗莱明(Flemin)左手法则来判断,阻力的合力沿转子鼓周向
5、形成与其旋转方向相反的制动力矩,见图3;同时涡流在具有一定电阻的转子鼓内部流动时,会产生热效应而导致转子发热,这样,车辆行驶的动能就通过感应电流转化为热能,并通过转子鼓上的叶片产生的风力将热量迅速散发出去。3应用复矢量磁位计算制动转矩图4、5分别是永磁式缓速器的定子结构、定子和转子相对位置示意图。4实例分析1200N·m永磁式缓速器结构参数如下:转子鼓的外径r2为222mm;内径r1为212mm;厚度δ为10mm;气隙ge为1.4mm,外界环境温度为293K,转子鼓材料为电工纯铁,其物性参数见表1;考虑强制散热,复合表面对流换热系数取较大值为220aJia
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