電渦流緩速器的磁感應強度影響因素研究

張 寧 田 杰，陳 奇

(安徽水利水電職業技術學院機械系，安徽 合肥 231603) (合肥工業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

(安徽水利水電職業技術學院機械系，安徽 合肥 231603) (合肥工業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構參數下的磁感應強度數據進行回歸，從而得出線圈電流、匝數、氣隙和轉子盤厚度與磁感應強度的關系式，其結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構設計具有指導意義。

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，得出不同結構參數下轉子盤上的磁感應強度值，并利用SPSS軟件對數據進行回歸，得出結構參數對磁場作用關系式，為電渦流緩速器結構設計提供參考。

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個鐵心上構成定子呈圓周分布，圓周上相對2個勵磁線圈串聯或并聯成一組磁極，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、氣隙和轉子盤之間構成回路(見圖1)。當轉子盤運動時會引起磁通量變化，從而在轉子盤上產生電渦流，旋轉的轉子盤上的電流回路切割定子產生的磁力線而產生電磁力，其方向與轉子旋轉的方向相反，電磁力的合力沿轉子盤周向形成一個與轉子旋轉方向相反的制動力矩，從而實現汽車的減速和緩速［1］。

2有限元模型及仿真

根據電渦流緩速器轉子盤、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，劃分網格后如圖2所示(其中材料1為轉子盤，材料2為氣隙，材料3為鐵心，材料4為線圈)。轉子盤、鐵心材料常采用低碳鋼［2］。分析數據如表1～5所示。

表1 電流I=20A,轉子盤厚度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，不同轉子盤厚度h所對應的磁感應強度值

轉子盤厚度h/mm磁感應強度值/T101 959151 681201 407251 325301 292

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

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

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

3 結果分析

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

(1)

(2)

對表3～5中磁感應強度對線圈匝數(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，其值根據不同的結構參數而定。

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

現以上述確定的結構參數為例，利用式(5)計算電渦流緩速器轉子盤磁感應強度，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;而電流繼續增大時其磁感應強度值反而下降，其結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 語

利用SPSS軟件對電渦流緩速器在不同結構參數下的磁感應強度數據進行回歸，得到線圈電流、匝數、氣隙和轉子盤厚度與磁感應強度的關系式，其結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構設計提供參考。

［1］何仁.汽車輔助制動裝置［M］.北京：化學工業出版社，2005.

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

［3］倪雪梅.精通SPSS統計分析［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秀青年人才基金項目(2011SQRL187)。

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

［編輯］ 李啟棟