線圈水冷式電渦流緩速器磁熱分析與試驗(yàn)

葉樂志， 李祥利， 李德勝

(北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部， 北京 100124)

隨著我國道路運(yùn)輸水平的提高和車輛動(dòng)力技術(shù)的發(fā)展，車輛的貨運(yùn)量和行車速度都在不斷提升，車輛主制動(dòng)器制動(dòng)負(fù)荷大及持續(xù)制動(dòng)引起的安全問題越來越突出[1-3]. 電渦流緩速器作為一種輔助制動(dòng)裝置，利用渦流制動(dòng)原理將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)車輛的制動(dòng)[4-7]. 渦流制動(dòng)技術(shù)已在電機(jī)調(diào)速、磁懸浮列車、渦流傳動(dòng)和升降裝置等領(lǐng)域得到應(yīng)用，備受國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[8-10].

緩速器按工作原理主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)緩速器、排氣制動(dòng)緩速器、永磁緩速器、電渦流緩速器和液力緩速器. 其中，電渦流緩速器具有響應(yīng)快、價(jià)格低及制動(dòng)轉(zhuǎn)矩范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已成為重載車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置[11-12]. 但是，電渦流緩速器在持續(xù)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大量熱，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩衰退嚴(yán)重，可靠性降低. 針對(duì)這種問題，湖南大學(xué)馮垚徑教授等設(shè)計(jì)了一種油冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，并運(yùn)用流體仿真的方法分析了在油冷卻系統(tǒng)下的轉(zhuǎn)子溫度分布[13]；江蘇大學(xué)何仁教授等利用Galerkin法推導(dǎo)出電渦流緩速器轉(zhuǎn)子盤的溫度場(chǎng)有限元方程，分析了轉(zhuǎn)子盤沿徑向和軸向的溫度場(chǎng)分布[14]；北京工業(yè)大學(xué)李德勝教授等提出了一種采用水冷卻系統(tǒng)的雙凸極電渦流緩速器，在定子上開有冷卻水道，將定子上產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走[15-17]. 這些研究對(duì)傳統(tǒng)緩速器的冷卻方式進(jìn)行了改進(jìn)[18-20]，但都未考慮溫度對(duì)線圈電阻特性的影響，線圈溫度升高導(dǎo)致線圈電阻增加，造成勵(lì)磁穩(wěn)定性降低.

本文提出了一種線圈水冷式電渦流緩速器，該緩速器采用車橋安裝方案，設(shè)計(jì)了緩速器整車水路和控制電路. 通過電磁數(shù)值模擬方法分析緩速器車載時(shí)的靜態(tài)氣隙磁通密度，求得傳動(dòng)軸處的漏磁占比，通過有限元法得到緩速器和線圈的溫度場(chǎng)分布，研究了瞬態(tài)溫度對(duì)勵(lì)磁電流和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響. 試制了緩速器樣機(jī)并進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)與車載試驗(yàn)，該項(xiàng)研究可用于解決電渦流緩速器長時(shí)間制動(dòng)產(chǎn)生高溫導(dǎo)致線圈勵(lì)磁不穩(wěn)定、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩衰退等問題.

1 緩速器方案設(shè)計(jì)

1.1 緩速器結(jié)構(gòu)及工作原理

本文提出了一種緩速器定子和勵(lì)磁線圈為水冷散熱方式的電渦流緩速器，如圖1所示，主要由定子、轉(zhuǎn)子齒、線圈、轉(zhuǎn)子連接件、不銹鋼板、入水口和出水口等組成，緩速器定子上開有內(nèi)外圈水道，緩速器定子部分與不銹鋼板又構(gòu)成線圈水道，定子內(nèi)外圈水道與線圈水道連通.

圖1 線圈水冷式電渦流緩速器Fig.1 Coil water-cooled eddy current retarder

緩速器制動(dòng)時(shí)，勵(lì)磁線圈接入直流電，緩速器轉(zhuǎn)子、定子和上下氣隙會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使磁場(chǎng)發(fā)生周期性變化，定子切割磁力線從而感應(yīng)出渦流，渦流激發(fā)感生磁場(chǎng)并與原磁場(chǎng)作用產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩. 汽車緩速時(shí)將汽車動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，此過程伴隨渦流損耗及線圈焦耳損耗，導(dǎo)致緩速器定子和線圈溫度升高. 因此，需要對(duì)緩速器進(jìn)行降溫，冷卻液從緩速器入水口流入，按照連通器原理分3路進(jìn)行冷卻，如圖2所示，將緩速器定子與線圈生成的熱量帶走.

圖2 水冷式緩速器冷卻水路Fig.2 Coil water-cooled retarder cooling water circuit

1.2 緩速器安裝方案

緩速器在裝車使用時(shí)，一般將制動(dòng)轉(zhuǎn)矩作用到傳動(dòng)軸上，使車輛減速. 本文設(shè)計(jì)的線圈水冷式電渦流緩速器在車上使用時(shí)，所采用的安裝方案是將其與車輛的后橋連接，結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 緩速器車橋安裝Fig.3 Retarder axle installation

為了對(duì)緩速器冷卻降溫，需要對(duì)車輛的水路進(jìn)行新的布置. 對(duì)原有的整車水路進(jìn)行改變，使發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液通過緩速器，將緩速器制動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量不斷循環(huán)帶走并散發(fā)，整車水路設(shè)計(jì)如圖4所示. 冷卻液先經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)將發(fā)動(dòng)機(jī)水套壁的熱量帶走，再流入緩速器將緩速器定子和勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的熱量帶走，這時(shí)需對(duì)冷卻液的溫度進(jìn)行判斷. 當(dāng)溫度高于90 ℃時(shí)，緩速器出來的冷卻液需要經(jīng)過散熱水箱將熱量散發(fā)，然后流回發(fā)動(dòng)機(jī)，若溫度小于90 ℃，緩速器出來的冷卻液經(jīng)過節(jié)溫器流回發(fā)動(dòng)機(jī).

圖5 電渦流緩速器單片機(jī)控制方式原理Fig.5 Principle of single-chip microcomputer control mode of eddy current retarder

圖4 緩速器的整車水路設(shè)計(jì)Fig.4 Waterway design of the retarder

1.3 緩速器控制原理

線圈水冷式電渦流緩速器在裝車使用時(shí)，勵(lì)磁線圈激發(fā)磁場(chǎng)需要外接電源，同時(shí)也需要根據(jù)車輛實(shí)際行駛狀況調(diào)整緩速器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小及緩速器的開關(guān)，對(duì)于線圈水冷式電渦流緩速器采用單片機(jī)進(jìn)行控制，其控制原理如圖5所示. 控制單元由電子控制盒、車輛運(yùn)行狀態(tài)傳感器、功率變換器、擋位指示燈、手控?fù)跷婚_關(guān)和緩速器等組成.

車輛運(yùn)行時(shí)，車輛運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)傳遞至單片機(jī)，單片機(jī)通過PWM波控制MOS管的通斷. 通過改變占空比調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小，進(jìn)而調(diào)整制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小.

2 電磁場(chǎng)分析

2.1 緩速器電磁場(chǎng)模型

緩速器進(jìn)行磁場(chǎng)分析時(shí)，由于轉(zhuǎn)子連接件、不銹鋼板采用非導(dǎo)磁材料，因此在建立電磁模型時(shí)不必考慮. 連接上下2層水道的中間水道及進(jìn)出水口等對(duì)磁路影響不大的細(xì)節(jié)都進(jìn)行了簡化，圖6所示為緩速器的1/12模型，尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示.

圖6 模型尺寸參數(shù)Fig.6 Model size parameter diagram

2.2 緩速器漏磁分析

氣隙磁通密度是影響緩速器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小的關(guān)鍵因素[21]，磁路如圖7所示，緩速器在裝車使用時(shí)，車體框架及傳動(dòng)軸處的漏磁影響氣隙處的工作磁通密度. 因此需要設(shè)計(jì)隔磁裝置，減少非工作磁通.

表1 緩速器設(shè)計(jì)參數(shù)

圖7所示為車體框架、緩速器和傳動(dòng)軸的漏磁簡化模型. 傳動(dòng)軸與車體框架尺寸參數(shù)滿足

(1)

圖7 漏磁簡化模型Fig.7 Simplified model of magnetic flux leakage

為減少漏磁，設(shè)計(jì)了隔磁裝置. 如圖8所示，線圈通入不同電流時(shí)，監(jiān)測(cè)在不同厚度的隔磁裝置下緩速器上渦流面、下渦流面和傳動(dòng)軸端面處磁通量，得到傳動(dòng)軸處漏磁通比例. 在勵(lì)磁電流為40 A的情況下，隨著隔磁裝置厚度的增加，傳動(dòng)軸端面處漏磁由21.2%逐漸降到3.4%. 在隔磁裝置厚度大于30 mm時(shí)，隨隔磁裝置厚度的增加漏磁比例下降不明顯. 當(dāng)勵(lì)磁電流增加時(shí)，隨著緩速器工作磁通的飽和，施加隔磁裝置后，傳動(dòng)軸處的非工作磁通還未飽和，傳動(dòng)軸端面處漏磁比例隨著勵(lì)磁電流的增加逐漸升高.

圖8 漏磁比例Fig.8 Ratio of magnetic flux leakage

3 緩速器溫度場(chǎng)分析

3.1 緩速器磁- 熱耦合模型

車輛制動(dòng)時(shí)，通過線圈水冷式電渦流緩速器將車輛的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，熱能通過冷卻液和對(duì)流等方式對(duì)緩速器進(jìn)行降溫. 但在長時(shí)間制動(dòng)情況下，緩速器產(chǎn)生的熱能不能及時(shí)散發(fā)會(huì)影響緩速器的制動(dòng)性能. 本文采用電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流體場(chǎng)等多場(chǎng)耦合的方法分析緩速器制動(dòng)性能，主要考慮緩速器在持續(xù)制動(dòng)時(shí)，溫度上升導(dǎo)致定子材料的電導(dǎo)率及線圈的勵(lì)磁電流下降對(duì)緩速器制動(dòng)性能的影響，計(jì)算流程如圖9所示.

圖9 耦合計(jì)算流程Fig.9 Coupling calculation process

首先，分別建立緩速器的瞬態(tài)電磁場(chǎng)、定子溫度場(chǎng)和線圈溫度場(chǎng)的有限元模型. 設(shè)置有限元模型的初始條件，對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算. 以渦流損耗功率為熱源，計(jì)算緩速器定子溫度場(chǎng)，將更新后的定子溫度賦予電磁場(chǎng)，修正定子材料的電磁參數(shù)，將定子溫度場(chǎng)中冷卻液的溫度賦予線圈的冷卻液；以線圈焦耳損耗功率為熱源，計(jì)算線圈溫度場(chǎng)，將更新后的線圈溫度賦予電磁場(chǎng)，修正線圈的勵(lì)磁電流. 此時(shí)，電磁場(chǎng)開始新的計(jì)算，經(jīng)過多次迭代，當(dāng)工作時(shí)間為12 min時(shí)，停止計(jì)算.

在瞬態(tài)電磁場(chǎng)計(jì)算中，由初始條件計(jì)算出緩速器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，迭代過程中考慮定子材料的相對(duì)磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系，如圖10所示.

圖10 電磁特性溫度曲線Fig.10 Electromagnetic characteristic temperature curve

線圈的勵(lì)磁電阻與溫度關(guān)系為

R=R0[1+αt(t-t0)]

(2)

式中：R和R0分別為溫度為t和t0時(shí)的電阻值；αt為電阻溫度系數(shù).

3.2 緩速器溫度場(chǎng)模型

緩速器由于長時(shí)間承擔(dān)制動(dòng)任務(wù)，本體溫度上升，對(duì)緩速器制動(dòng)性能會(huì)產(chǎn)生很大影響. 緩速器溫度主要是由勵(lì)磁線圈的焦耳損耗功率(Pc)和定子的渦流損耗功率(Ps)引起. 為研究緩速器裝車使用時(shí)，線圈電阻特性及定子電磁特性由于Pc和Ps發(fā)生變化對(duì)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的影響，建立了緩速器定子溫度場(chǎng)計(jì)算模型，如圖11所示. 定子外圈水道、定子內(nèi)圈水道和線圈水道通過冷卻液以強(qiáng)制對(duì)流的方式進(jìn)行降溫，其他部分則通過自然對(duì)流、熱傳導(dǎo)和輻射的方式將熱量散發(fā).

在緩速器定子溫度場(chǎng)計(jì)算模型中，由于線圈部分被等效為環(huán)形零件，不能體現(xiàn)銅導(dǎo)線的電阻特性，為得到緩速器線圈電阻特性隨溫度的變化，建立了線圈的二維分析模型，如圖12所示. 絕緣線、銅導(dǎo)線和冷卻液之間以熱傳導(dǎo)傳遞熱量，絕緣線與冷卻液之間以強(qiáng)制對(duì)流方式冷卻.

緩速器內(nèi)部各接觸件之間以熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行熱量傳遞，其熱傳導(dǎo)方程為

(3)

式中：Qt為熱傳導(dǎo)的熱流量；λ為熱導(dǎo)率；A為接觸件的接觸面積；Δtm為傳導(dǎo)的平均溫差；δ為傳導(dǎo)的距離.

部件與外界環(huán)境之間主要是通過熱對(duì)流和輻射的方式傳遞熱量，傳熱方程為

Qd=λsεCs(Tw-Tf)+Achc(Tw-Tf)

(4)

式中:Qd為熱對(duì)流和輻射的熱量；Ac為傳熱面積；ε為表面發(fā)射率;Cs為黑體輻射常數(shù);hc為對(duì)流換熱系數(shù)；Tw和Tf分別為部件的表面溫度和環(huán)境溫度.

圖11 緩速器定子溫度場(chǎng)計(jì)算模型Fig.11 Calculation model of stator temperature field of retarder

圖12 線圈溫度場(chǎng)計(jì)算模型Fig.12 Coil temperature field calculation model

3.3 緩速器溫度場(chǎng)分析

緩速器工作時(shí)，在與轉(zhuǎn)子齒相對(duì)的定子工作面上產(chǎn)生渦流，該渦流損耗功率可作為熱源，大小可等效為制動(dòng)功率. 持續(xù)制動(dòng)功率如圖13所示，為采用電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流體場(chǎng)等多場(chǎng)耦合的方法，得到緩速器上下渦流面產(chǎn)生的功率. 其中，上渦流面制動(dòng)功率衰退約為14.4%，下渦流面制動(dòng)功率衰退約為23.0%.

定子渦流損耗部分的生熱率為

(5)

式中：Vs為定子上渦流損耗部分的等效體積;T為緩速器制動(dòng)力矩;ω為轉(zhuǎn)子角速度.

緩速器工作時(shí)，勵(lì)磁線圈激發(fā)磁場(chǎng)，銅導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生大量熱，該熱源為焦耳損耗功率，其銅損功率如圖14所示.

圖13 緩速器持續(xù)制動(dòng)功率Fig.13 Retarder continuous braking torque

圖14 線圈銅損功率Fig.14 Coil copper loss power

線圈銅導(dǎo)線部分的生熱率為

(6)

式中：U為線圈電壓；Rc為線圈電阻；Vc為銅導(dǎo)線的等效體積.

緩速器的冷卻液來自發(fā)動(dòng)機(jī)，在溫度場(chǎng)計(jì)算中，緩速器的入水口流量為1.2 kg/s，初始溫度60.0 ℃，出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓. 緩速器持續(xù)制動(dòng)12 min，得到其溫度分布如圖15(a)所示，最高溫度出現(xiàn)在定子部分的渦流區(qū)域，為353.1 ℃. 圖15(b)所示為水道壁面的溫度分布，高溫區(qū)域與緩速器定子的高溫區(qū)域相對(duì)應(yīng)，最高溫度為162.2 ℃. 圖15 (c)所示為線圈銅導(dǎo)線的溫度分布云圖，由線圈外圍向線圈內(nèi)部溫度逐漸升高，最高溫度為171.25 ℃.

圖15 溫度分布云圖Fig.15 Temperature distribution cloud map

如圖16所示，分析緩速器的溫度場(chǎng)得到上渦流面、下渦流面的平均溫度變化曲線，在0～40 s內(nèi)，由于上渦流面先被冷卻液冷卻，因此這部分溫度先穩(wěn)定，在40～150 s內(nèi)，下渦流面的溫度高于上渦流面溫度，并逐漸穩(wěn)定. 圖17所示為線圈和冷卻液的平均溫度，冷卻液穩(wěn)定溫度為87 ℃，線圈穩(wěn)定溫度為157 ℃.

圖16 工作面溫度曲線Fig.16 Working face temperature curve

圖17 線圈和冷卻液溫度變化Fig.17 Temperature change of coil and coolant

4 試驗(yàn)研究

4.1 緩速器樣機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

為驗(yàn)證線圈水冷式電渦流緩速器的制動(dòng)性能，搭建了緩速器制動(dòng)性能測(cè)試的試驗(yàn)臺(tái)架，如圖18所示. 試驗(yàn)臺(tái)架由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、轉(zhuǎn)矩/速度傳感器、熱電偶測(cè)溫儀、緩速器、溫度傳感器(包括熱電偶式和紅外非接觸式)、電池和特斯拉計(jì)等組成. 為測(cè)試線圈水冷式電渦流緩速器的轉(zhuǎn)速- 轉(zhuǎn)矩性能，試制了定子和線圈為水冷結(jié)構(gòu)的電渦流緩速器樣機(jī)，同時(shí)對(duì)風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電渦流緩速器樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，利用現(xiàn)有儀器采集樣機(jī)工作時(shí)的轉(zhuǎn)速、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、溫度和磁通密度等參數(shù)，如圖19所示.

圖18 緩速器臺(tái)架試驗(yàn)平臺(tái)Fig.18 Retarder bench test platform

圖19 緩速器樣機(jī)Fig.19 Prototype of retarder

4.2 轉(zhuǎn)矩特性試驗(yàn)

緩速器在工作過程中，根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化. 為探究緩速器的轉(zhuǎn)速- 轉(zhuǎn)矩性能，在試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下的緩速器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩. 線圈通入一定勵(lì)磁電流，測(cè)試不同轉(zhuǎn)速時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，圖20中為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的試驗(yàn)值和仿真值，可以看出緩速器轉(zhuǎn)矩的試驗(yàn)值與仿真值在轉(zhuǎn)速1 000 r/min時(shí)誤差約為9.7%，且仿真值大于試驗(yàn)值. 造成該誤差的可能原因是本組測(cè)試是在轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)值的瞬時(shí)測(cè)得，不是穩(wěn)定值. 該瞬時(shí)測(cè)量值由多組數(shù)據(jù)組成，測(cè)量過程中，緩速器溫度升高，轉(zhuǎn)矩會(huì)受到溫度的影響，而仿真并未考慮溫度影響，故仿真轉(zhuǎn)矩值會(huì)略大于測(cè)試轉(zhuǎn)矩值.

圖20 不同轉(zhuǎn)速下的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Fig.20 Braking torque at different speeds

緩速器持續(xù)工作時(shí)，產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)導(dǎo)致緩速器定子和線圈溫度升高. 定子材料的電磁特性及勵(lì)磁線圈的電阻特性會(huì)隨著溫度發(fā)生變化，影響緩速器的制動(dòng)力矩，一段時(shí)間后緩速器制動(dòng)特性穩(wěn)定.

熱衰退率是評(píng)價(jià)緩速器持續(xù)制動(dòng)性能的指標(biāo)，為

(7)

式中：Fhf為熱衰退率；Tmax為瞬態(tài)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；Ts為持續(xù)制動(dòng)結(jié)束時(shí)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩.

圖21 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和溫度隨時(shí)間變化的曲線Fig.21 Curve of braking torque and temperature with time

對(duì)水冷和風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的2種電渦流緩速器進(jìn)行6 min的持續(xù)制動(dòng)臺(tái)架試驗(yàn)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨時(shí)間變化的曲線如圖21所示. 最初，2種類型緩速器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相同，約為610 N·m. 但隨著制動(dòng)時(shí)間的增加，風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的緩速器定子溫度達(dá)到480 ℃，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降至290 N·m，熱衰退率為52.5%. 水冷結(jié)構(gòu)的緩速器定子溫度約70 ℃，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降至490 N·m，熱衰退率為19.8%. 可以看出，本文設(shè)計(jì)的線圈水冷式電渦流緩速器與傳統(tǒng)電渦流緩速器比較，持續(xù)制動(dòng)性能大幅提升.

4.3 車載道路試驗(yàn)

將試制的線圈水冷式電渦流緩速器樣機(jī)安裝在車輛型號(hào)為歐馬可S5- 180的貨車上，如圖22所示，對(duì)緩速器進(jìn)行車載試驗(yàn)，試驗(yàn)車輛的整車參數(shù)如表2所示.

圖22 緩速器車載試驗(yàn)Fig.22 Vehicle test of retarder

表2 整車參數(shù)

圖23所示為車載道路試驗(yàn)下坡路段制動(dòng)時(shí)，緩速器的進(jìn)出水口溫度，可以看出當(dāng)緩速器冷卻液溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，冷卻液需經(jīng)過散熱水箱(大循環(huán))，通過散熱風(fēng)扇降溫，否則冷卻液通過節(jié)溫器(小循環(huán)).

圖23 下坡段緩速器溫度測(cè)試Fig.23 Temperature test of retarder in downhill section

進(jìn)行車載道路試驗(yàn)時(shí)，車輛制動(dòng)研究為3種，包括緩速器制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)、排氣制動(dòng)等多種制動(dòng)狀態(tài)下的減速度特性，測(cè)量了車輛的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)減速度. 表3所示為車輛初始速度為50 km/h、制動(dòng)終速度為30 km/h、試驗(yàn)車輛質(zhì)量分別為8 t和18 t時(shí)的制動(dòng)結(jié)果.

表3 緩速器車載特性試驗(yàn)研究

5 結(jié)論

1) 提出了一種定子和勵(lì)磁線圈都采用水冷散熱方式的電渦流緩速器，采用有限元法分析計(jì)算了由于傳動(dòng)軸帶來的漏磁磁通，針對(duì)漏磁現(xiàn)象提出有效的解決辦法，減少緩速器工作部分磁通的泄漏，漏磁比例由21.2%降至3.4%.

2) 緩速器持續(xù)制動(dòng)時(shí)，定子溫度與勵(lì)磁線圈溫度對(duì)制動(dòng)性能影響很大，采用多場(chǎng)耦合法分析緩速器持續(xù)制動(dòng)12 min情況下，上渦流面制動(dòng)功率衰退為14.4%，下渦流面制動(dòng)功率衰退為23.0%.

3) 研制了安裝在后橋上的線圈水冷式電渦流緩速器樣機(jī)并進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn). 臺(tái)架試驗(yàn)表明在轉(zhuǎn)速1 000 r/min時(shí)，線圈水冷結(jié)構(gòu)的緩速器轉(zhuǎn)矩為610 N·m，試驗(yàn)值與仿真值誤差在9.7%以內(nèi)，持續(xù)制動(dòng)6 min制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?zé)崴ネ寺蕿?9.8%. 緩速器車載試驗(yàn)中，在滿載18 t時(shí)，試驗(yàn)車輛最大制動(dòng)減速度達(dá)到0.61 m/s2.