先进汽车缓速器磁路计算及磁场分割

液冷式自励缓速器的工作原理是在电磁线圈的作用下，通过在定子上产生涡流进而引起涡流损耗，将汽车制动或减速时的机械能转化为热能，再通过冷却液散发到大气中。分析缓速器制动模型时作如下简化和假设：

1）定子简化为金属圆环，不考虑冷却液管道及外壳的影响。

2）定子电导率为常数，其磁导率不受温度影响，且不考虑磁路的磁滞损耗和杂散损耗的影响。

3）忽略涡流场中位移电流及磁场的空间高次谐波。

自励缓速器磁场结构及磁路如图7-33所示，转子上有12个电磁线圈和铁心，D₁、D₃和D₄分别为定子、铁心和转子的外径，D₂和D₅分别为定子和转子的内径，转子、电磁线圈和铁心以角速度ω逆时针进行旋转。

图7-33 自励缓速器磁场结构及磁路示意图

自励缓速器铁心的磁极是交错分布的，其等效磁路模型如图7-34所示。为了便于分析和计算，可以将相邻两磁极的磁路等效为如图7-34a所示的情况。电磁线圈作为磁源，在铁心、定子、两个气隙δ和转子之间形成一个闭合的磁路。为简化分析过程，漏磁通Φ_σ可忽略不计，故磁路图可简化为如图7-34b所示的等效磁路。

图7-34 自励缓速器等效磁路模型

a）磁路模型 b）等效磁路

在图7-34中规定了各支路磁通的正方向，对节点A按磁路基尔霍夫第一定律有(www.xing528.com)

Φ₀-Φ₁-Φ₁=0 （7-14）

对于任一闭合磁路，沿图中虚线所示的环绕方向，根据磁路基尔霍夫第二定律可知，磁路磁压降的代数和恒等于该磁路中的磁动势的代数和，即

式中，NI是电磁线圈的安匝数：μ_i、S_i、l_i、R_i（i=1，2，3）分别为转子、铁心和定子的磁导率、磁通面积、磁路长度以及磁阻。

根据式（7-14）～式（7-16），自励缓速器静态时的气隙磁通密度B₀为

当磁极的形状比较复杂时，用解析法计算气隙磁导是十分困难的。随着气隙的增大，散磁通在总气隙磁通中所占的比例越来越大。考虑散磁通时，使用分割磁场法计算气隙磁导比较方便，这样能考虑到磁场分布的空间性，在磁场分割合理的情况下，可得到工程计算所需要的精确度。分割磁场的实质就是根据磁极间气隙磁场的分布规律，用估计磁力线可能路径的方法把整个磁场分割为若干个规则几何形状的磁通管来近似代替磁场。在求出分割所得的这些磁通管的磁导后，再根据串、并联关系求得整个气隙的总磁导。

如图7-35所示，缓速器铁心与定子之间的气隙磁场可分割为5部分，总共形成17个磁通管。图中，1是相对铁心和定子之间的主磁通管；2是铁心上平行于定子的4条棱边对铁心的散磁通管，是半径为δ的1/4圆柱体，共4个；3是铁心上垂直于定子的4个侧面对定子平面的散磁通管，是外半径为（δ+m）、内半径为δ的1/4空心圆筒，其中m为散磁通延伸到铁心侧面的假设距离，根据经验一般取m=（1～2）δ，共4个；4是铁心的4个棱角对定子平面的散磁通管，是半径为δ的1/8球体，共四个；5是铁心上垂直于定子平面的4条棱边对定子的散磁通管，是半径为（δ+m），内半径为δ的1/8球体，共4个。

图7-35 自励缓速器等效磁路模型

a）磁力线 b）磁场分割