汽車電渦流緩速器的設計與計算

關紹文 羅杰 李杰

摘 要：分析國內汽車電渦流緩速器開發現狀，提出先進的設計手段是自主開發的保障。設定設計輸入狀態，再經過理論分析推導符合制動轉矩的確定緩速器結構尺寸參數的公式，全面考慮設計步驟、因素，是設計開發電渦流緩速器的基本條件。

關鍵詞：設計 計算 緩速器 結構尺寸 參數

1 概述

目前，國內只有屈指可數的幾家公司在代理或開發電渦流緩速器產品，僅有少量投入試用;而其中逆向國外產品是主流做法。因涉及知識產權糾紛和不能從根本上掌握電渦流緩速器的設計機理與設計手段，國內電渦流緩速器自主開發舉步艱難，制約了國內電渦流緩速器技術進步和市場拓展。

2 設計步驟與方法

我們利用全數字化設計技術進行產品開發設計，采用并行工程縮短開發周期，具有高性能、低開發成本和快節奏的設計風格。

2.1 理論計算

基于知識的理論與經驗相結合的推導計算，確定部件的結構尺寸，形成數模參數特征。

2.2 全三維設計

利用三維數字化設計平臺，在確定了大體結構后即可建立三維數字化模型，它將空間結構尺寸、裝配關系直觀的展現，進行可視化虛擬裝配設計。并可實現設計數模直接用于數控機床進行數控加工——加工模具或工裝卡具，即CAD/CAM一體化。

2.3 仿真分析

設計三維數模與分析仿真數模同步一致，可進行結構部件應力分析與散熱風速分析。

2.4 優化設計

采用三維精確裝配檢查及工藝分析，并利用CAE分析結果進一步優化三維數模，即CAD/DFA/DFM一體化。

2.5 并行工程

基于全三維設計的并行流程和并行開發設計，有效縮短開發時間。

2.6 快速升級

設計數據、三維、兩維及工藝數據全相關全參數化，可進行過程更改和新產品快速升級開發。

3 理論分析與計算

3.1 性能標準

因國內目前尚沒有出臺相關標準，暫參照執行法國泰樂瑪緩速器公司現執行的歐洲Tape Ⅱ A輔助制動標準，內容為表述：

5噸以上的汽車，在7%的坡路上，從0速度開始，以無動力（空檔）、不使用主制動滑行，經過6km距離后時速不超過30km/h[1]。

3.2 設計基本輸入參數及設定性能

1）適用車輛最大總質量：m（t）;

2）設定適用發動機功率范圍：P0（kW）;

3）設定適用緩速坡度：推薦9%（國家公路工程技術標準：Ⅳ級公路在特殊的山嶺重丘區最大坡度）;

4）設定理想緩行速度：ν，≤30km/h;

5）設定適用車型輪胎滾動半徑：r（m）;

6）設定適用車型后橋速比：i;

7）設定適用車型工作電壓：U，（V）;

8）設定主體外形尺寸;

9）設定極限溫升：≤t（℃）;

10）設定冷卻方式：葉輪式轉子空氣冷卻。

3.3 制動需求轉矩的計算

3.4 電渦流緩速器的定性與轉矩公式推導

電渦流緩速器的工作原理與能耗制動狀態下的鼠籠異步電動機工作原理相同，其制動力矩的大小都取決于轉子中的能量損耗，包括渦流損耗和磁滯損耗;不同之處是：轉子（電樞）的材料及磁極形狀不同，同時，在轉速變化時，電渦流緩速器轉子中感生電流（渦流）滲透深度也不同，其中的磁場強度和導磁系數也是變化的。

轉子半徑上對應于磁極有效長度的單位體積導體，隨著轉動——視為勻速轉動，從N極過渡到S極，再過渡到N極，依次往復，即：轉子靜止狀態下正弦交變磁場透過氣隙周期性地穿過導體，在導體中產生渦流、產生熱能;亦為：在定子的交替磁極與轉子間形成的氣隙中構成靜態正弦交變磁場，供單位體積導體的轉子導體去切割，進而形成渦流，消耗能量并阻礙轉子的轉動。

3.5 磁路計算

磁路計算的目的在于確定產生主磁場所必需的磁化力或勵磁磁動勢（下簡稱磁勢），并進而計算勵磁電流。通過計算校核緩速器各部分磁通密度選型。

設定定子線圈工作溫度為80℃，選用電磁線的材質，計算出此時的電阻率為（Ωmm2/m）[5]。

4 磁性材料與散熱結構的考慮

電渦流緩速器的材料比較特殊，要求高導磁率、低矯頑力，低電阻率、耐高溫抗氧化、耐腐蝕等，同時要考慮機械強度，因此以選用低碳合金鋼為宜。

由于電渦流緩速器是吸收機械功率并將其轉化為熱能的裝置，因此散熱結構是必要的考慮因素，可參照離心風機葉輪的形式設計。

5 控制方式與控制思想

緩速器可以選擇手控、腳控、手腳并控等操縱方式，腳控又可以是單獨踏板（與手控等效但應自動復位），或是與主制動器結合，一旦腳制動踏板踏下，即產生雙重制動效果，但要求緩速器先于主制動起作用。

控制器一般有繼電器式和電子式兩種，繼電器式多分為四段控制，電子式則可以分為更多檔，還可實現制動力平滑上升、延時起控、恒速控制、與其它電子控制系統通訊等功能。低車速時緩速器作用已很小，應自動退出工作狀態，以減少用電損耗;具有ABS的車輛應建立與電渦流緩速器的制約關系，在ABS發揮作用時緩速器退出工作狀態（即使低速功能已起作用）;緩速器是一種制動方式，所以當投入使用時制動燈應亮，并有工作指示燈。

6 結論

以理論知識為基礎，以先進的三維數字化設計技術為手段，通過三維數字化設計和仿真分析與優化設計，我們掌握了設計開發電渦流緩速器的有效手段，就可以得到結構優化、性能最佳的設計產品，并且擁有自主的知識產權。

參考文獻：

[1]汪貴友.新型減速器——電渦流緩速器.《現代汽車》2001年10/11月.

[2]唐仕明.電渦流緩速器在大客車上的應用.《汽車電器》2002年3月.

[3]陳世坤.電機設計.高等教育出版.

[4]電路及磁路.高等教育出版社.

[5]田玉波.磁性材料.清華大學出版社.