电涡流缓速器的磁感应强度影响因素研究

张 宁 田 杰，陈 奇

(安徽水利水电职业技术学院机械系，安徽 合肥 231603) (合肥工业大学机械与汽车学院，安徽 合肥 230009)

电涡流缓速器的磁感应强度影响因素研究

张 宁 田 杰，陈 奇

(安徽水利水电职业技术学院机械系，安徽 合肥 231603) (合肥工业大学机械与汽车学院，安徽 合肥 230009)

采用SPSS软件对电涡流缓速器在不同结构参数下的磁感应强度数据进行回归，从而得出线圈电流、匝数、气隙和转子盘厚度与磁感应强度的关系式，其结果能较好地描述电涡流缓速器的磁场变化情况，这对电涡流缓速器的性能分析和结构设计具有指导意义。

电涡流缓速器；磁感应强度;有限元分析

电涡流缓速器是一种高效汽车制动辅助装置，俗称“电刹”，可使汽车在坡道行驶时实现缓速或恒速行驶，也可以在高速公路或路况较差情况下及时轻松进行缓速，大大提高了车辆的安全性和舒适性。笔者采用Ansys软件对电涡流缓速器磁场进行分析，得出不同结构参数下转子盘上的磁感应强度值，并利用SPSS软件对数据进行回归，得出结构参数对磁场作用关系式，为电涡流缓速器结构设计提供参考。

1 电涡流缓速器的工作原理

图1 电涡流缓速器的磁场分布图

图2 有限元模型

电涡流缓速器主要由转子盘、定子、固定架等装置组成。励磁线圈缠绕在8个铁心上构成定子呈圆周分布，圆周上相对2个励磁线圈串联或并联成一组磁极，并且相邻2个磁极均为N、S相间，形成独立的4组磁极，工作时向励磁线圈通直流电流，在铁心、气隙和转子盘之间构成回路(见图1)。当转子盘运动时会引起磁通量变化，从而在转子盘上产生电涡流，旋转的转子盘上的电流回路切割定子产生的磁力线而产生电磁力，其方向与转子旋转的方向相反，电磁力的合力沿转子盘周向形成一个与转子旋转方向相反的制动力矩，从而实现汽车的减速和缓速［1］。

2有限元模型及仿真

根据电涡流缓速器转子盘、铁心和气隙的尺寸利用Ansys建立有限元模型，取单个铁芯模型的四分之一，划分网格后如图2所示(其中材料1为转子盘，材料2为气隙，材料3为铁心，材料4为线圈)。转子盘、铁心材料常采用低碳钢［2］。分析数据如表1～5所示。

表1 电流I=20A,转子盘厚度h=10mm，线圈匝线N=200匝时，不同气隙lg所对应的磁感应强度值

表2电流I=20A,气隙lg=1.4mm，线圈匝线N=200匝时，不同转子盘厚度h所对应的磁感应强度值

转子盘厚度h/mm磁感应强度值/T101 959151 681201 407251 325301 292

表3 气隙lg=1.2mm,转子盘厚度h=10mm时，不同电流和线圈匝数所对应的磁感应强度值

表4 气隙lg=1.3mm,转子盘厚度h=10mm时，不同电流和线圈匝数所对应的磁感应强度值

表5 气隙lg=1.4mm,转子盘厚度h=10mm时，不同电流和线圈匝数所对应的磁感应强度值

3 结果分析

利用SPSS软件对表1中磁感应强度对气隙的倒数(1/lg)和表2中磁感应强度B对转子盘厚度的倒数(1/h)数据进行回归分析［3］，可得如下方程：

(1)

(2)

对表3～5中磁感应强度对线圈匝数(N)进行回归分析，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)

从式(3)可以看出B∝N。

对表3～5中磁感应强度对电流(I)进行回归分析，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)

从式(4)可以看出，电流I和磁感应强度B并不成正比例变化，I和I2共同决定磁感应强度B的变化。

综上所述，磁感应强度的公式可以表示如下：

(5)

式中，K、b0、b1和b2均为常数，其值根据不同的结构参数而定。

从式(5)可以看出，磁感应强度B与气隙lg和转子盘厚度h呈反比关系，而与线圈匝数N呈正比关系。

现以上述确定的结构参数为例，利用式(5)计算电涡流缓速器转子盘磁感应强度，并与相应条件下的Ansys仿真值进行比较(见表6)。

表6 lg=1.4mm，h=10mm，N=200匝时缓速器

从表6可以看出，对于公式计算值来说，在转子盘达到磁饱和前磁感应强度值随着电流的增大而增大，这和软件仿真值相同;而电流继续增大时其磁感应强度值反而下降，其结果和软件仿真值有差异，其原因是电涡流缓速器实际工作时由于涡流的去磁效应，转子盘的磁场强度有所下降［4］。因此，该公式能较好地描述电涡流缓速器磁场变化情况。

4 结 语

利用SPSS软件对电涡流缓速器在不同结构参数下的磁感应强度数据进行回归，得到线圈电流、匝数、气隙和转子盘厚度与磁感应强度的关系式，其结果能较好地描述电涡流缓速器的磁场变化情况，从而能够为电涡流缓速器的性能分析和结构设计提供参考。

［1］何仁.汽车辅助制动装置［M］.北京：化学工业出版社，2005.

［2］张倩，胡仁喜，康士廷. ANSYS12.0电磁学有限元分析［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［3］倪雪梅.精通SPSS统计分析［M］.北京：清华大学出版社，2010.

［4］何仁，衣丰艳，何建清.电涡流缓速器制动力矩的计算方法［J］.汽车工程，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

安徽省高等学校省级优秀青年人才基金项目(2011SQRL187)。

张宁(1977-)，男，2000大学毕业，硕士，讲师，现主要从事机械设计、机电控制方面的教学与研究工作。

［编辑］ 李启栋