基于有限元法的永磁缓速器涡流场分析

为了提高缓速器气隙磁场和制动力矩计算精度,将矢量磁位法应用到永磁缓速器涡流场有限元计算中,并考虑转子磁导率的非线性以及涡流产生磁场对永磁体磁场削弱作用.应用电磁场有限元仿真软件,采用混合自动剖分技术,得到缓速器电磁场数值解.试验结果表明,静态工作间隙磁感应强度计算值与试验值误差在5%以下,永磁缓速器制动力矩数值计算值与试验值吻合较好.     

永磁缓速器制动性能影响因素的数值模拟

针对车用永磁缓速器的设计参数优化问题,建立永磁缓速器的电磁场数学模型.应用有限元方法对缓速器的磁场和涡流场进行数值求解,详细讨论了转子的电导率、磁导率以及镀覆层对制动力矩的影响,并得出转子表面改性后缓速器制动功率公式.仿真结果表明:转子材料的电导率较小时,电导率与制动力矩基本成正比例关系,但随电导率进一步增大,制动力矩逐渐趋于饱和;转子相对磁导率对制动力矩的影响较小;高电导率且非磁性材料的转子产生的制动力矩远小于软磁材料;镀覆层能增加制动力矩的最大值,并使得制动力矩最大点向低速移动,但会导致高速时制动力矩更快地下降.     

电磁液冷缓速器制动性能

针对电涡流缓速器制动力矩热衰退严重的问题,提出了一种基于横向磁通的转子内嵌式电磁液冷缓速器,研究了其结构特点和工作原理,根据其涡流分布规律,利用电磁学原理推导出了缓速器制动力矩计算公式,得到了缓速器制动力矩与转子尺寸、凸极形状、定子材料、励磁电流及转子转速等参数之间的关系,并通过试验验证了制动力矩计算公式的正确性.最后对该电磁液冷缓速器进行了空损力矩试验和制动力矩热衰退试验.试验结果表明,该电磁液冷缓速器结构合理,功率密度高,持续制动热衰退小.     

自励式车桥缓速器制动性能

针对传统电涡流缓速器制动力矩热衰退严重,液力缓速器结构复杂、价格高以及拖挂车辆缓速器安装位置的特殊性,提出了一种自励式车桥电磁液冷缓速器.研究了自励式车桥缓速器的结构特点和工作原理,利用电磁学原理推导出缓速器气隙磁密和制动力矩的公式,建立制动系统和发电系统的数学分析模型,对制动系统的磁路和发电系统的性能进行分析.设计了2 000 N·m自励式车桥缓速器的三维模型,利用有限元法对其电磁场分布、制动力矩和发电特性等进行瞬态仿真分析,得出影响制动力矩和发电性能的相关因素.最后对自励式车桥缓速器样机进行台架试验,对缓速器样机制动特性和发电特性进行测试,并将测试结果与理论计算结果进行对比,得出测试结果与理论计算结果误差在6%以内;在车桥缓速器转速为1 000 r/min时,制动力矩达到2 000 N·m,工作20 min后,制动力矩为1 580 N·m,下降了20.8%,满足重型车辆的要求;在转速为1 000 r/min时,发电机负载电流达到90 A,满足供电需求,证明自励式车桥缓速器设计合理,满足车辆制动要求.     

外转子构造的电磁液冷缓速器制动性能

针对液力缓速器价格高,传统电涡流缓速器制动力矩热衰退严重,自励缓速器控制复杂等问题,提出一种外转子构造的电磁液冷缓速器结构.设计了2 000 N·m缓速器样机的三维模型,对模型进行有限元仿真分析.对外转子缓速器制动力矩进行理论推导,分析系统磁路、热场等问题,并对内热源进行处理.利用成熟的有限元法对电磁场模型、制动力矩特性以及温度场进行三维瞬态仿真分析,并与理论计算结果进行对比,验证了理论推导的正确性.     

径向构造电液复合缓速器制动特性

为保证在长下坡工况时的安全行驶,重载车辆普遍安装液力缓速器或电涡流缓速器.液力缓速器(液缓)低速特性差,单独使用难以满足重载车辆在低车速下长坡时对辅助制动系统的需求,而电涡流缓速器(电缓)在高速时扭矩小,由此得出:电缓与液缓两者的制动性能具有互补的特点.结合液力制动及电涡流制动机理,将电缓与液缓一体化设计,获得了一种径向构造的电液复合缓速器(简称电液复合缓速器).该缓速器在低转速下主要依靠电涡流缓速部分制动,在高速时依靠电涡流缓速部分及液力缓速部分共同作用.对试制的样机进行台架试验,研究了电液复合缓速器的制动特性和控制方法.同时,建立车辆仅依靠缓速器制动的动力学模型,并根据试验结果建立了考虑响应时间的缓速器模型.通过对上述模型进行数值模拟,研究在相同空间内设计的电液复合缓速器、纯液缓和纯电缓的制动特性.研究发现车辆仅依靠电液复合缓速器进行制动,不但能够满足国标对车辆辅助制动系统的要求,还能够使制动时间最短.除此之外,可仅通过控制电涡流部分的制动扭矩实现车辆的恒速控制,从而简化车辆辅助制动系统的控制难度.     

电磁液冷缓速器制动力矩影响参数

针对传统电涡流缓速器的风冷散热、热衰退问题严重的缺点,提出一种双凸极构造的电磁缓速器模型.在该缓速器的定子内设有液体通道,通过液冷措施及时排出缓速器工作时产生的热量,使其保持较低的温度;介绍了该缓速器的结构,在进行理论分析后,应用电磁场有限元分析专用工具,对缓速器的磁场和涡流场进行分析,详细讨论了电导率、励磁电流以及励磁电流饱和程度对制动力矩的影响.结果表明:随着电导率的增加,制动力矩逐渐趋于饱和;当励磁电流饱和时,随着励磁电流的增大,制动力矩不会明显地增加;当励磁电流的饱和程度不断增加时,制动力矩变化缓慢.     

基于混合模型的电涡流缓速器制动力矩特性分析

针对电涡流缓速器制动力矩数学模型在高速时的计算力矩与实际输出力矩存在较大偏差的缺点，提出了一种基于数学模型和神经网络模型相结合的混合制动力矩模型，在电涡流缓速器低速时采用数学模型计算力矩，在高速时采用神经网络模型来逼近非线性输出力矩.分析了电涡流缓速器的输出制动力矩在低、高速时的特性，提出了数学模型与神经网络模型切换点的选择方法.通过实验对比了基于数学模型和基于混合模型的制动力矩曲线的逼近效果，结果表明混合模型更为有效.     

永磁式缓速器的制动力矩分级结构设计

为分析永磁式缓速器制动力矩的影响因素,设计了制动力矩可以分级的永磁式缓速器,运用解析法对永磁式缓速器的气隙磁场建立数学模型,通过分离变量法结合边界条件,获得了气隙磁通密度的表达式。再运用源和场理论推导出适合工程应用的永磁式缓速器制动力矩计算公式。在此基础上分析了磁极对数、永磁体周向宽度、永磁体轴向长度和气隙大小对气隙磁场和制动力矩的影响,并分别根据这4种参数,设计了4种可行的制动力矩分级结构。     

双循环圆液力缓速器叶形设计方法

为提高双循环液力缓速器制动功率密度,对其叶形设计方法开展研究.针对双循环液力缓速器弯叶片叶形结构特点,提出相切圆弧叶形设计法,以叶形包角与工作面圆弧半径为设计变量,建立叶形设计参数化模型.利用试验设计方法对不同叶形参数的双循环液力缓速器弯叶片进行实例设计,并与样机制动性能进行对比.结果表明:样机仿真与试验的制动力矩平均相对误差在5%以内,数值计算方法准确可靠;基于相切圆弧叶形设计法建立的弯叶片制动力矩变化范围较大,通过设定合适的叶形参数,缓速器制动性能可得到有效提高.     

双凸极构造的电磁液冷缓速器制动力矩的数值模拟

针对液力缓速器结构复杂、价格高的缺点,提出一种具有双凸极构造且定子内置水道的电磁液冷缓速器设计方案.建立制动系统模型,运用有限元法分析静态和瞬态缓速器内电磁场变化规律、制动特性及磁饱和程度.设计制作2000 N·m样机,通过实验测试,实验结果与有限元分析计算结果相差5%以下,得出在750 r/min时制动力矩达到稳定值,并且在转速1000 r/min、励磁电流为90 A时制动力矩可达到2030 N·m.     

钕铁硼永磁电机永磁体涡流发热退磁研究

为了研究永磁体涡流损耗发热对永磁体磁性的影响,应用有限元分析软件对一台发生退磁的500 kW永磁同步电动机的永磁体进行涡流损耗分析.在600 kW永磁同步电机的研制过程中,采取了一些结构改进措施,并对样机永磁体进行了涡流损耗分析和稳态温度场计算.仿真结果表明,涡流损耗发热会导致永磁体退磁,而采取的结构改进措施能够有效减小涡流损耗.样机实验结果表明,新结构永磁同步电动机运行可靠,可为相关电机的设计提供经验.     

基于ADAMS的盘-销模型制动尖叫发生机理研究

在结合有限元分析理论和多体系统动力学分析理论的基础上,应用HYPERWORK软件和ADAMS软件,建立盘-销多柔体仿真模型,配合制动台架尖叫试验,通过仿真来预测各零件的运动响应,从而进一步深入研究摩擦特性、模态耦合对触发制动尖叫的影响.结果表明,用多柔体系统动力学仿真来研究制动尖叫的技术路线是可行的;制动尖叫发生与否主要取决于模态耦合;仿真尖叫频率在2100Hz,与台架试验2000Hz一致.灵敏度仿真分析表明,制动尖叫对制动盘转速不敏感,但对摩擦力和法向载荷大小敏感;只有在合适的法向载荷下,才会发生制动尖叫;摩擦系数越大,则越容易发生制动尖叫.     

永磁材料及温度对内置式永磁电机性能及转矩脉动的影响

研究了不同的永磁材料及其温度对内置式永磁电机的性能影响。给出了现代牵引电机二维有限元瞬态模型,采用有限元方法计算了不同型号的铷铁硼永磁材料及不同温度时电机的转矩、转矩纹波及齿槽转矩,并对其进行了比较分析。其结论对电机设计研究者及工程师具有指导参考意义。