張 寧 田 杰，陳 奇

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院機械系，安徽 合肥 231603) (合肥工業(yè)大學機械與汽車學院，安徽 合肥 230009)

電渦流緩速器的磁感應強度影響因素研究

張 寧 田 杰，陳 奇

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院機械系，安徽 合肥 231603) (合肥工業(yè)大學機械與汽車學院，安徽 合肥 230009)

采用SPSS軟件對電渦流緩速器在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的磁感應強度數(shù)據(jù)進行回歸，從而得出線圈電流、匝數(shù)、氣隙和轉(zhuǎn)子盤厚度與磁感應強度的關(guān)系式，其結(jié)果能較好地描述電渦流緩速器的磁場變化情況，這對電渦流緩速器的性能分析和結(jié)構(gòu)設計具有指導意義。

電渦流緩速器；磁感應強度;有限元分析

電渦流緩速器是一種高效汽車制動輔助裝置，俗稱“電剎”，可使汽車在坡道行駛時實現(xiàn)緩速或恒速行駛，也可以在高速公路或路況較差情況下及時輕松進行緩速，大大提高了車輛的安全性和舒適性。筆者采用Ansys軟件對電渦流緩速器磁場進行分析，得出不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下轉(zhuǎn)子盤上的磁感應強度值，并利用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行回歸，得出結(jié)構(gòu)參數(shù)對磁場作用關(guān)系式，為電渦流緩速器結(jié)構(gòu)設計提供參考。

1 電渦流緩速器的工作原理

圖1 電渦流緩速器的磁場分布圖

圖2 有限元模型

電渦流緩速器主要由轉(zhuǎn)子盤、定子、固定架等裝置組成。勵磁線圈纏繞在8個鐵心上構(gòu)成定子呈圓周分布，圓周上相對2個勵磁線圈串聯(lián)或并聯(lián)成一組磁極，并且相鄰2個磁極均為N、S相間，形成獨立的4組磁極，工作時向勵磁線圈通直流電流，在鐵心、氣隙和轉(zhuǎn)子盤之間構(gòu)成回路(見圖1)。當轉(zhuǎn)子盤運動時會引起磁通量變化，從而在轉(zhuǎn)子盤上產(chǎn)生電渦流，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子盤上的電流回路切割定子產(chǎn)生的磁力線而產(chǎn)生電磁力，其方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向相反，電磁力的合力沿轉(zhuǎn)子盤周向形成一個與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力矩，從而實現(xiàn)汽車的減速和緩速［1］。

2有限元模型及仿真

根據(jù)電渦流緩速器轉(zhuǎn)子盤、鐵心和氣隙的尺寸利用Ansys建立有限元模型，取單個鐵芯模型的四分之一，劃分網(wǎng)格后如圖2所示(其中材料1為轉(zhuǎn)子盤，材料2為氣隙，材料3為鐵心，材料4為線圈)。轉(zhuǎn)子盤、鐵心材料常采用低碳鋼［2］。分析數(shù)據(jù)如表1～5所示。

表1 電流I=20A,轉(zhuǎn)子盤厚度h=10mm，線圈匝線N=200匝時，不同氣隙lg所對應的磁感應強度值

表2電流I=20A,氣隙lg=1.4mm，線圈匝線N=200匝時，不同轉(zhuǎn)子盤厚度h所對應的磁感應強度值

轉(zhuǎn)子盤厚度h/mm磁感應強度值/T101 959151 681201 407251 325301 292

表3 氣隙lg=1.2mm,轉(zhuǎn)子盤厚度h=10mm時，不同電流和線圈匝數(shù)所對應的磁感應強度值

表4 氣隙lg=1.3mm,轉(zhuǎn)子盤厚度h=10mm時，不同電流和線圈匝數(shù)所對應的磁感應強度值

表5 氣隙lg=1.4mm,轉(zhuǎn)子盤厚度h=10mm時，不同電流和線圈匝數(shù)所對應的磁感應強度值

3 結(jié)果分析

利用SPSS軟件對表1中磁感應強度對氣隙的倒數(shù)(1/lg)和表2中磁感應強度B對轉(zhuǎn)子盤厚度的倒數(shù)(1/h)數(shù)據(jù)進行回歸分析［3］，可得如下方程：

(1)

(2)

對表3～5中磁感應強度對線圈匝數(shù)(N)進行回歸分析，可得如下方程：

B(lg=1.2mm)=0.908+0.008N-0.00001N2

B(lg=1.3mm)=0.816+0.008N-0.00001N2

B(lg=1.4mm)=0.796+0.008N+0.000009375N2

(3)

從式(3)可以看出B∝N。

對表3～5中磁感應強度對電流(I)進行回歸分析，可得如下方程：

B(lg=1.2mm)=0.04+0.312I-0.014I2

B(lg=1.3mm)=0.046+0.323I-0.015I2

B(lg=1.4mm)=0.057+0.343I-0.017I2

(4)

從式(4)可以看出，電流I和磁感應強度B并不成正比例變化，I和I2共同決定磁感應強度B的變化。

綜上所述，磁感應強度的公式可以表示如下：

(5)

式中，K、b0、b1和b2均為常數(shù)，其值根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)而定。

從式(5)可以看出，磁感應強度B與氣隙lg和轉(zhuǎn)子盤厚度h呈反比關(guān)系，而與線圈匝數(shù)N呈正比關(guān)系。

現(xiàn)以上述確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)為例，利用式(5)計算電渦流緩速器轉(zhuǎn)子盤磁感應強度，并與相應條件下的Ansys仿真值進行比較(見表6)。

表6 lg=1.4mm，h=10mm，N=200匝時緩速器

從表6可以看出，對于公式計算值來說，在轉(zhuǎn)子盤達到磁飽和前磁感應強度值隨著電流的增大而增大，這和軟件仿真值相同;而電流繼續(xù)增大時其磁感應強度值反而下降，其結(jié)果和軟件仿真值有差異，其原因是電渦流緩速器實際工作時由于渦流的去磁效應，轉(zhuǎn)子盤的磁場強度有所下降［4］。因此，該公式能較好地描述電渦流緩速器磁場變化情況。

4 結(jié) 語

利用SPSS軟件對電渦流緩速器在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的磁感應強度數(shù)據(jù)進行回歸，得到線圈電流、匝數(shù)、氣隙和轉(zhuǎn)子盤厚度與磁感應強度的關(guān)系式，其結(jié)果能較好地描述電渦流緩速器的磁場變化情況，從而能夠為電渦流緩速器的性能分析和結(jié)構(gòu)設計提供參考。

［1］何仁.汽車輔助制動裝置［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［2］張倩，胡仁喜，康士廷. ANSYS12.0電磁學有限元分析［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］倪雪梅.精通SPSS統(tǒng)計分析［M］.北京：清華大學出版社，2010.

［4］何仁，衣豐艷，何建清.電渦流緩速器制動力矩的計算方法［J］.汽車工程，2004，26(2)：197-200.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.044

U463.5

A

1673-1409(2012)07-N130-02

2012-04-24

安徽省高等學校省級優(yōu)秀青年人才基金項目(2011SQRL187)。

張寧(1977-)，男，2000大學畢業(yè)，碩士，講師，現(xiàn)主要從事機械設計、機電控制方面的教學與研究工作。

［編輯］ 李啟棟