先进汽车缓速器热量传递及工作能力分析

永磁缓速器的工作过程是在永久磁铁的作用下，通过在定子液套上产生涡流进而引起涡流损耗，将制动或减速时的机械能转化为热能，再通过冷却液散发出去。永磁缓速器冷却过程中，液泵压力推动冷却液，冷却液先从定子冷却液管道的入液口进入，流经冷却液管道，吸收缓速器热量，并从定子冷却液管道出水口流出，再经过散热器循环。在散热器中，冷却液向流过散热器周围的空气散热而降温。缓速器的温度与制动功率以及散热能力有关。

下面分析缓速器热量传递过程中各个环节换热方式：缓速器定子内壁的制动热量，大部分通过热传导方式传递给冷却液管道内壁，再通过热对流方式传递给冷却液；一小部分通过热对流和辐射方式传递给永磁体和转子；永磁体、转子和定子外表面通过自然对流方式与空气对流散热。永磁缓速器的热量传递路径如图4-15所示。

图4-15 永磁缓速器的热量传递路径

缓速器涡流热量在定子周向具有均匀热流，为方便计算，假设永磁缓速器任一截面均具有相同的温度场，以定子、永磁体和转子为研究对象，则模型简化为如图4-16所示的2D轴对称数学模型。由于涡流制动具有趋肤效应，假设在定子内存在一虚拟边界，该边界距定子内表面的距离（即趋肤深度）为Δ，在此区域存在内热源，其余区域没有内热源分布。定子内冷却液管道简化为2个方形冷却液槽并建立y-z直角坐标系。在分析永磁缓速器温度场的过程中，作如下假定：

1）模型中冷却液为常物性、单相流动。

2）将缓速器看成一个独立热系统，不考虑缓速器热量传递至变速器或车体，外表面与空气自然对流传热。

3）材料导热系数、表面传热系数、比热容等物理参数不随温度变化。(www.xing528.com)

4）永磁体简化成圆环，不考虑旋转对传热系数的影响。

图4-16 永磁缓速器温度场的数学模型

永磁缓速器的持续工作能力是用温度来衡量的，温度升高，产生涡流的定子的电导率降低，涡流损耗功率降低，从而使其制动力矩下降。温度与制动功率以及散热能力有关。根据能量守恒定律和傅里叶定律，建立永磁缓速器温度场的导热微分方程式为

式中，λ是导热系数；c是比热容；τ是时间；Φ是单位时间内单位体积中内热源的生成热，即生热率。