液冷自励式电磁缓速器研究

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1、2014年11月农业机械学报第45卷第11期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．11．004*液冷自励式电磁缓速器研究张凯李德胜郑然尹汪雷(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124)摘要:针对液力缓速器结构复杂、价格高，传统电涡流缓速器制动力矩热衰退严重等问题，提出一种液冷自励式电磁缓速器结构，建立其制动系统以及发电系统分析模型，分析了系统的磁路结构，利用有限元法分别对电磁场模型、制动特性以及温度场进行分析。设计了2000N·m样机并进行台架试验，对缓速器制动特性以及发电机特性进行测试，测试结果与有限

2、元分析计算结果的误差在6%以内，在制动功率为180kW时水道温度为85℃，持续制动时制动力矩热衰退仅为10.4%。在1500r/min时制动力矩达到最大值2000N·m，而汽车电源只需提供给发电机的励磁功率为720W。关键词:自励式缓速器电磁场液冷中图分类号:U463.53文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)11-0020-07引言1结构与工作原理缓速器是一种行车制动的安全辅助制动装置，图1为自励式电磁液冷缓速器(SL-ECＲ)结构它将制动力作用到车辆传动部件上，起到降低车辆示意图，包括缓速器转子、缓速器定子、控制模块和［1－5］

3、行驶速度的作用。自励缓速器在电涡流缓速器发电机装置。缓速器转子由缓速器线圈、电磁铁芯制动原理的基础上，增加自发电系统，直接给缓速器和铁芯保持架组成，缓速器线圈缠绕在线圈骨架上，供电，无需增加汽车发电机或蓄电池容量，具有质量电磁铁心插入线圈骨架中。电磁铁芯、缓速器线圈小、节能环保等优点，日本泽腾电机株式会社、江苏和线圈骨架均匀分布在铁心保持架的圆周上。发电［6－8］大学和长春理工大学等都有相应的研究。机装置包括发电机励磁绕组、发电机励磁磁极、发电［9］在理论研究方面，Takahashi等和Muramatsu机电枢绕组和发电机电枢铁心。发电机电枢绕组与

4、［10］等运用基于移动坐标系的有限元法对缓速器三缓速器线圈相连。控制模块与发电机励磁绕组通过维瞬态涡流场进行分析，并对缓速器结构参数进行［11］优化设计。Anwar等利用试验数据拟合得到了缓速器制动力矩-速度-电流之间的多项式关系，便［12］于对缓速器制动力矩进行实时控制。何仁等对转子鼓建立了热-磁耦合数学模型，并运用ANSYS分析和APDL参数化设计语言编程进行分析计算，得出温度分布，并进行了试验验证。目前自励式缓速器的问题是制动力矩小并且热衰退严重，还需要电刷结构，针对这一情况，本文提出一种无电刷构造的自励式电磁液冷缓速器，用水冷方式代替风冷，

5、以降低热衰退，并且运用内置电机图1SL-ECＲ模型为缓速器线圈提供励磁电流，节约能源。本文建立Fig．1TypeofSL-ECＲ分析模型，运用有限元法对模型进行分析，最后在台1．定子2．缓速器励磁线圈3．发电机电枢绕组4．轴5．发架上进行试验验证。电机励磁线圈6．电磁铁芯7．水道收稿日期:2013-12-02修回日期:2014-01-27*国家自然科学基金资助项目(51277005)作者简介:张凯，博士生，主要从事汽车辅助制动装置理论分析、结构设计与实验研究，E-mail:zhsngkai0168@163．com通讯作者:李德胜，教授，博士生导师，

6、主要从事机电一体化设计、自动化测控技术以及微机电系统研究，E-mail:dsli@bjut．edu．cn第11期张凯等:液冷自励式电磁缓速器研究21导线连接，调节励磁电流的大小。∑Ｒ=Ｒab+Ｒbc+Ｒcd+Ｒde+Ｒef+Ｒfg+当自励式缓速器工作时，通过控制模块使发电Ｒgh+Ｒhi+Ｒij+Ｒja(1)机装置的励磁绕组通电，旋转的电枢绕组中产生感F=NI(2)应电动势，该电动势为缓速器线圈提供电压，缓速器li线圈中产生电流，缓速器电磁铁芯产生磁力线。缓Ｒi=μS(3)ii速器定子切割铁芯保持架上由电磁铁芯发出的磁式中F———磁路中总磁动势力线，

7、在定子内表面产生涡流，并产生阻碍转子转N———线圈匝数I———线圈电流动的力矩，该制动力矩通过铁芯保持架作用在汽μi———磁导率Ｒi———磁阻车传动轴上，从而对汽车产生制动力。通过控制li———磁路长度Si———磁通面积模块调节发电机励磁绕组中电流大小，即可实现其中下角i为ab，bc，…，ja。缓速器制动力矩连续调节。定子上产生的热量通静态气隙磁通密度B为过冷却水道内液体带走，水道内的液体与发动机FB=(4)冷却水循环。SiＲi2.1.2数值模拟2数值分析气隙磁场的分布对制动力矩有很大影响，运用有限元法对其进行分析。图3为制动系统分析模型。自励式缓

8、速器磁场分析分为制动部分和发电部分，包括对制动系统电磁场、温度场以及发电系统发电量进行分析。2.1制动部分2.1.1磁路计