基于Rogowski永磁式涡流缓速器电磁场与制动力矩研究

永磁式涡流缓速器电磁场分析是其设计的核心.为了研究永磁式涡流缓速器电磁场分布,将缓速器的永磁体等效为磁化电流,从麦克斯韦方程组出发,应用Rogowski方法,研究了气隙磁场分布,计算了转子鼓中的涡流密度,推导出了永磁式涡流缓速器的制动力矩计算公式.采用Rogowski方法不仅清楚地揭示出永磁式涡流缓速器的电磁场物理本质,而且制动力矩理论计算值与缓速器台架试验结果的误差小于10%,在可接受范围内.     

液冷自励式电磁缓速器研究

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2 000 N·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,测试结果与有限元分析计算结果的误差在6%以内,在制动功率为180 k W时水道温度为85℃,持续制动时制动力矩热衰退仅为10.4%。在1 500 r/min时制动力矩达到最大值2 000 N·m,而汽车电源只需提供给发电机的励磁功率为720 W。     

车用永磁式缓速器研究现状与展望

概述了车用永磁式缓速器的研究意义、工作原理及特点,着重阐述了车用永磁式缓速器的国内外研究现状;分析了永磁式缓速器研究过程中存在的问题,并针对问题提出了未来研究重点和发展趋势。     

永磁式涡流缓速器制动性能影响因素敏感性分析

在分析永磁式涡流缓速器制动力矩与结构参数关系的基础上,将均匀设计和回归分析方法引入到永磁式涡流缓速器制动性能影响因素敏感性分析中。以某型号的永磁式涡流缓速器为例,建立了制动力矩随转子鼓内半径、永磁体周向长度、气隙宽度、转子鼓轴向宽度和永磁体高度5个结构参数变化的回归模型,重点讨论了结构参数间交互作用以及各结构参数对制动力矩的影响程度,基于均匀试验设计和制动性能敏感性分析的结果,采用全排列法对结构参数进行了优化。     

永磁式缓速器热-磁耦合建模与试验

永磁式缓速器转子鼓温度场分析是散热片设计的核心。温度场和磁场存在弱耦合关系,涡流损耗作为温度场控制方程的内热源。随着温度升高,电阻率ρ升高,相对磁导率μr下降,引起涡流损耗变化。建立了永磁式缓速器多因素影响的热-磁耦合数学模型。阐述了各种耦合算法的计算量,局部和全局收敛性。运用ANSYS分析软件和APDL参数化设计语言编程,对转子鼓热-磁耦合场进行计算,得到了转子鼓午面和轴向的温度分布。试验值和有限元结果验证了数学模型的正确性。     

一款新式永磁缓速器的输出扭矩分析

针对永磁缓速器永磁体结构,采用新式模块化永磁体结构设计一款永磁缓速器,并利用JMAG软件对永磁缓速器的输出扭矩进行了有限元仿真。与传统结构作对比,结果反映出了模块化永磁缓速器的输出扭矩更具优势,且当高、低性能永磁体体积比为5∶2时,其输出扭矩工况最佳。     

车用永磁式缓速器设计中漏磁影响因素分析

以优化设计和减少漏磁为目标,运用磁路分析法建立永磁式缓速器的漏磁场模型,得到设计参数的解析式。由于参数之间的复杂函数关系,采用区间数学算法来优化永磁式缓速器的设计参数,将影响漏磁系数的非线性方程组化简为线性方程组。选取满足设计要求的目标参数——转子鼓磁感应强度Bm、气隙磁感应强度Bg,ave、漏磁系数K的最佳取值区间。使用区间迭代法,求出自变量参数的取值区间和权数pi。运用Matlab语言编程直接搜索合理的设计参数,减少了计算量和循环次数。三维有限元漏磁分析和试验均证明了设计参数选取的合理性。结果表明：永磁体高度HPM、气隙ge对漏磁系数K影响较大;区间数学Tschernikow算法在永磁式缓速器设计中是有效的。     

基于虚拟边界法的永磁式缓速器转子鼓温度场计算方法

根据车用永磁式缓速器的结构和工作原理,建立了转子鼓温度场的计算模型;推导了由于涡流集肤效应的影响导致转子鼓上集中分布的内热源强度公式,确定了合理的边界条件,运用虚拟边界法和传热学理论推导了转子鼓稳态温度场的计算公式;最后进行了台架试验,并与计算数据进行了比较,结果表明试验值与理论值吻合较好。此计算公式可用来分析转子鼓温度场的变化,反映各设计参数与温度之间的精确关系,达到转子鼓的优化设计、减小转子鼓温度和温度梯度、从而降低转子鼓的热应力与热变形,有效提高永磁式缓速器的制动稳定性。     

永磁缓速器定子散热流道温度场分析

为了确保永磁缓速器的持续工作能力,克服制动力矩的热衰退现象,需要给缓速器添加一个合理的散热流道。为分析永磁缓速器定子散热流道温度场分布,建立了流道流体动力学数学模型,结合传热方程确定散热流道壁面的对流传热系数方程,并通过ANSYS Workbench进行仿真分析,得到了定子散热流道温度场分布。仿真结果验证了方程的正确性。     

一种新的鼓式永磁缓速器制动力矩数值分析方法

运用微元等效线圈法推导出鼓式永磁缓速器制动力矩的新的数值分析方法,并与目前常用的涡流损耗原理推导的计算公式作比较,两公式均反映了永磁式缓速器各设计参数的相互关系,结合台架试验值,发现微元法所推导的公式更符合试验实际,可用于指导鼓式永磁缓速器产品的设计和开发。     

新型永磁电机在水泵变频调速系统

Halbach电机是一种新型永磁电机：独特的永磁体结构不仅使其磁极磁场呈正弦分布，而且还可以增加气隙磁通密度，削弱转子轭部磁通密度，这使得在提高电机的功率密度的同时，又可减小电机的体积和提高电机的效率。为提高水泵调速系统的性能设计了Halbach电机本体以及以TMS320F2407A为核心的变频调速系统；为减少加电瞬间对电路器件的冲击效应，在硬件电路中加入了软启动电路。实验数据证明Halbach永磁同步电机在此系统中具有较大的优越性。     

能动型电磁液冷缓速器设计与试验

针对电涡流缓速器耗电量大和制动力矩热衰退严重的问题,基于涡流制动与电机再生制动原理,提出一种将液冷式电涡流缓速器与单相外转子磁阻电机结构相结合的新型能动型缓速器。建立了能动型缓速器的电磁场数学模型,数值模拟预测了其制动性能,优化了电机的开通、关断角,计算了下坡持续制动时电机能量回收时的功率,最后对该缓速器的空损力矩、制动力矩热衰退、发电性能和电动性能进行了台架试验,试验结果表明,在1 000 r/min时涡流制动力矩达到1 260 N·m,持续制动12 min,制动力矩仅下降15%,可满足重型货车的辅助制动需求;电机再生制动力矩随着转速的增大呈先增大后减小的趋势,在1 000 r/min时制动力矩达到最大;当车辆以35 km/h的速度下坡制动时,能量回收功率可达到94 kW。     

圆弧形混合磁悬浮轴承的研究

介绍一种由圆弧形轴肩的转轴和圆弧形线圈组成的新型圆弧形混合磁悬浮轴承工作原理，导出了圆弧形混合磁悬浮轴承结构参数的设计计算理论，包括圆弧形混合磁悬浮轴承轴向与径向扰动的控制、吸力方程、承载能力、结构参数的设计等，与圆柱式比较，圆弧形混合磁悬浮轴承具有承载力大、定位性好等特点。     

永磁压缩弹簧式溢流阀的设计与试验研究

针对螺旋压缩弹簧在液压元件使用过程中的疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、松弛、塑性变形、永久变形等失效模式,提出了非接触式永磁压缩弹簧式液压阀的设计理念,对永磁压缩弹簧式溢流阀的基本结构、工作原理、电磁力、刚度特性进行了研究,通过解析法和试验验证法对永磁压缩弹簧进行了设计,充分利用磁场力优于螺旋压缩机械弹簧的特性段,设计出了永磁压缩弹簧式溢流阀,并对设计出的溢流阀进行了试验验证.结果表明,当永磁阀芯与永磁底座之间的间隙为0.4～1.2 mm时,磁场力保持70±5 N基本不变;在溢流阀的阶跃响应试验中,永磁压缩弹簧式溢流阀的压力波动比为11.7%,小于螺旋压缩机械弹簧式溢流阀压力波动比22.8%;在相同技术指标的条件下,永磁压缩弹簧式溢流阀的体积较螺旋压缩弹簧式溢流阀小37.5%.因此,可以充分利用永磁压缩弹簧的优势在液压阀设计方面进行深入研究.