田金山，寧克焱，龐惠仁，蘭海，帥志斌，毛寧，蓋江濤，周廣明

(1.中國(guó)北方車輛研究所 車輛傳動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100072;2.北京工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，北京 100124)

0 引言

電渦流緩速器(簡(jiǎn)稱: 電緩) 作為一種非接觸式輔助制動(dòng)裝置，常被應(yīng)用于重載車輛下長(zhǎng)坡、非緊急制動(dòng)等具有緩速需求的場(chǎng)合，利用電渦流制動(dòng)原理，提供持續(xù)、穩(wěn)定的制動(dòng)扭矩，防止機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)頻繁使用導(dǎo)致的高溫制動(dòng)失效，確保制動(dòng)安全，降低摩擦件和輪胎磨損［1-3］。與另一種常用緩速裝置液力緩速器相比［4-5］，電緩雖然可控性強(qiáng)、故障率低、造價(jià)低廉，但因體積、重量較大，難以在高附加值產(chǎn)品上普及應(yīng)用。為此，持續(xù)提高電緩扭矩成為永恒的課題。

傳統(tǒng)電緩根據(jù)電渦流產(chǎn)生位置不同，分為盤式和鼓式兩種主要結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)電緩工作原理相同，均為在每個(gè)定子磁極上繞制勵(lì)磁線圈，相鄰勵(lì)磁線圈反向通電，構(gòu)成多個(gè)小型閉合磁路，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)切割磁感線時(shí)，電渦流產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子上［6-10］。以鼓式傳統(tǒng)電緩為例，可在結(jié)構(gòu)端面上描述磁路，如圖1(a) 所示。近年來，出現(xiàn)一種以單個(gè)環(huán)形線圈勵(lì)磁，在其周圍環(huán)繞磁性材料加工的定子和轉(zhuǎn)子，并在轉(zhuǎn)子上設(shè)計(jì)齒型聚磁結(jié)構(gòu)的電緩［11-13］，如圖1(b)所示。這種軸面磁路電緩，將電渦流產(chǎn)生部位轉(zhuǎn)換到能夠集成水套實(shí)現(xiàn)水冷的定子上，通過抑制高溫扭矩衰退，實(shí)現(xiàn)性能提高。相較于端面磁路周向NS極交替式氣隙磁密，軸面磁路的單方向氣隙磁密導(dǎo)致氣隙磁密變化率較低，進(jìn)而造成低速下扭矩較小，高速下扭矩衰退不顯著，即提高了高速下的制動(dòng)扭矩。造成這一現(xiàn)象的原因是NS 交替式氣隙磁密的磁場(chǎng)變化率高，有利于電渦流的產(chǎn)生，但隨著轉(zhuǎn)速提升，基于電流集膚效應(yīng)和材料磁性過飽和特性，過高的磁場(chǎng)變化率導(dǎo)致氣隙磁場(chǎng)去磁效應(yīng)超過増磁效應(yīng)［14］，致使扭矩下降顯著。為此本文提出基于NS交替式氣隙磁密的新型電緩，通過短時(shí)過勵(lì)磁，降低去磁影響的方法，提高瞬時(shí)制動(dòng)扭矩的技術(shù)手段。

經(jīng)過對(duì)軸面磁路電緩的電磁場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，制動(dòng)扭矩對(duì)電緩齒長(zhǎng)敏感度高［15］，即通過增加產(chǎn)生電渦流結(jié)構(gòu)的體積，增強(qiáng)制動(dòng)扭矩。對(duì)于端面磁路和軸面磁路兩種電緩，勵(lì)磁線圈不可避免地占用了部分軸向長(zhǎng)度。為此，出現(xiàn)一種爪極結(jié)構(gòu)電緩，將磁極在軸向延伸［16］，但這一技術(shù)方案占用了勵(lì)磁空間，且軸向延伸的磁極增加了磁阻，需要在勵(lì)磁空間和爪極長(zhǎng)度設(shè)計(jì)上進(jìn)行平衡。

針對(duì)上述問題，本文提出在磁極之間利用單個(gè)齒形線圈激勵(lì)磁場(chǎng)，構(gòu)建三維空間磁路，形成NS 交替和單方向組合式氣隙磁密的新型高能電緩。在不占用勵(lì)磁空間的前提下，電渦流產(chǎn)生在該型電緩轉(zhuǎn)子整個(gè)軸向方向上。同時(shí)通過瞬時(shí)過勵(lì)磁方法，實(shí)現(xiàn)扭矩倍增的制動(dòng)效果。由于新型電緩的三維空間磁路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用有限元方法對(duì)其電磁特性進(jìn)行研究，首先建立穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型，分析、驗(yàn)證磁路，求解氣隙磁密分布。再建立似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型，研究不同轉(zhuǎn)速下新型電緩的制動(dòng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。最后通過建立的車輛直線制動(dòng)模型，對(duì)比分析新型電緩過勵(lì)磁制動(dòng)技術(shù)帶來的制動(dòng)優(yōu)勢(shì)。

1 齒形線圈勵(lì)磁的電緩結(jié)構(gòu)和工作原理

齒形線圈勵(lì)磁的電緩結(jié)構(gòu)如圖1(c) 所示。定子構(gòu)成底磁路和側(cè)磁路，定子外圈沿周向布置的齒形磁極交錯(cuò)分布在軸向兩端。整體沿圓周方向繞制的齒形線圈嵌入定子磁極之間。圓筒形轉(zhuǎn)子構(gòu)成頂磁路，與定子同軸布置，定子磁極與轉(zhuǎn)子之間存在徑向氣隙。

當(dāng)齒形勵(lì)磁線圈通電時(shí)，在定子、轉(zhuǎn)子和兩者之間的氣隙上形成圖1(c) 所示的三維空間閉合磁路B0。磁極具有聚磁作用，對(duì)應(yīng)的氣隙處磁密大，周向相鄰兩個(gè)磁極對(duì)應(yīng)的氣隙磁密方向相反。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子上的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間發(fā)生變化，產(chǎn)生電渦流J，如式(1)～式(2) 所示:

式中:E 為電場(chǎng)強(qiáng)度;t 為時(shí)間;σ 為電導(dǎo)率。

根據(jù)電流集膚效應(yīng)，轉(zhuǎn)子內(nèi)圈的電渦流密度最大，沿徑向方向呈指數(shù)關(guān)系衰退，如式(3) 所示:

式中:r1為轉(zhuǎn)子內(nèi)徑;μ 為磁導(dǎo)率;r 為電渦流產(chǎn)生位置半徑;ω 為轉(zhuǎn)速。

根據(jù)式(4) :

電渦流激勵(lì)出感應(yīng)電磁場(chǎng)Bi，與原磁場(chǎng)B0相互影響，二者合成為瞬態(tài)氣隙磁密Bδ，如式(5) 所示:

原磁場(chǎng)抑制感應(yīng)磁場(chǎng)的變化，宏觀上表現(xiàn)為制動(dòng)扭矩。從能量轉(zhuǎn)換角度分析，電緩將傳動(dòng)軸動(dòng)能轉(zhuǎn)化為了轉(zhuǎn)子上的渦流損耗，即對(duì)轉(zhuǎn)子上的渦流損耗進(jìn)行體積分，得到電緩制動(dòng)功率P 和制動(dòng)扭矩T，如式(6)、式(7)［17］所示:

式中:V 為產(chǎn)生電渦流的體積。

2 新型電緩制動(dòng)特性分析模型

2.1 穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型

應(yīng)用電磁場(chǎng)有限元仿真商用Jmag 軟件，建立新型電緩穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型，分析通過齒形線圈勵(lì)磁構(gòu)建的三維空間磁路、磁場(chǎng)分布和靜態(tài)氣隙分布特征。

新型電緩的電磁場(chǎng)計(jì)算域包括轉(zhuǎn)子、定子、齒形線圈和包裹幾何實(shí)體的空氣域。根據(jù)新型電緩在圓周方向具有周期對(duì)稱的特點(diǎn)，為減少計(jì)算量，取1/6模型進(jìn)行計(jì)算，設(shè)置切面為偶對(duì)稱圓周對(duì)稱邊界，如圖2 所示。

圖2 有限元計(jì)算域與網(wǎng)格模型Fig.2 Computational domain and mesh based on finite element technology

對(duì)計(jì)算域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為了提高氣隙磁密計(jì)算的精確性，著重對(duì)定子磁極外圓面和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓面的網(wǎng)格進(jìn)行加密。

定子和轉(zhuǎn)子采用10 號(hào)鋼的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，勵(lì)磁線圈材料為銅，提供14 000 安匝磁勢(shì)，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)計(jì)算，最后輸出計(jì)算域電磁場(chǎng)分布、轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙磁密。

2.2 似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型

建立新型電緩似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型，模擬轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電渦流分布和不同轉(zhuǎn)速、電壓下制動(dòng)扭矩特性［18］。

似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型計(jì)算域與穩(wěn)態(tài)模型一致。當(dāng)新型電緩穩(wěn)定工作時(shí)，定子磁極上的磁場(chǎng)強(qiáng)度不隨時(shí)間變化，即電渦流全部產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子上。同時(shí)考慮到電渦流集膚效應(yīng)的影響，在轉(zhuǎn)子外表面設(shè)置膨脹層網(wǎng)格，如圖2 中網(wǎng)格模型所示。

根據(jù)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和網(wǎng)格大小確定似穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)間步，以轉(zhuǎn)速1 000 r/min 為例，定義時(shí)間步為0.001 s，計(jì)算200 步，即可達(dá)到似穩(wěn)態(tài)，輸出穩(wěn)定制動(dòng)扭矩。

2.3 車輛直線制動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

建立車輛直線制動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，定量分析新型電緩過勵(lì)磁制動(dòng)技術(shù)對(duì)車輛制動(dòng)的影響。模型包括電緩制動(dòng)特性模型和車輛直線制動(dòng)模型。

新型電緩制動(dòng)特性與勵(lì)磁電流、響應(yīng)、轉(zhuǎn)速相關(guān)，表述為

式中:M(t) 為瞬時(shí)制動(dòng)扭矩;k(t) 為電緩響應(yīng)系數(shù);i 為電流。

通過似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元模型計(jì)算，確定電緩制動(dòng)扭矩與勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)速之間關(guān)系M(i，w)。電緩制動(dòng)扭矩響應(yīng)與勵(lì)磁線圈電流的響應(yīng)正相關(guān)［19］。勵(lì)磁線圈的響應(yīng)是一個(gè)RL 串聯(lián)電路的零狀態(tài)電流響應(yīng)問題，表達(dá)為

式中:τ 為時(shí)間常數(shù);L 為磁路電感;R 為電阻;U 為瞬時(shí)電壓;Imax為最大電流。

建立車輛直線制動(dòng)模型，模擬質(zhì)量為50 t 車輛，依靠車輛摩擦制動(dòng)阻力(提供0.5 m/s2減速度) 和新型電緩制動(dòng)阻力M(t)，從車速70 km/h 制動(dòng)到0 km/h的制動(dòng)過程，輸出隨時(shí)間變化的電緩扭矩、車輛減速度、車速、制動(dòng)距離等參數(shù)，其計(jì)算流程如圖3 所示。

圖3 車輛直線制動(dòng)計(jì)算流程圖Fig.3 Calculation flow chart of vehicle braking

3 電緩制動(dòng)特性結(jié)果與分析

3.1 電緩磁路和氣隙磁密分布特性

經(jīng)過電緩穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元計(jì)算，獲得3 種磁路電緩的電磁場(chǎng)分布，如圖4 所示。齒形線圈勵(lì)磁，形成三維空間磁路，激勵(lì)出的磁場(chǎng)從定子左側(cè)偏置磁極出來，沿傾斜方向經(jīng)過轉(zhuǎn)子，進(jìn)入相鄰右側(cè)偏置磁極;端面磁路電緩?fù)ㄟ^多組線圈勵(lì)磁，在端面上形成閉合磁路;軸面磁路電緩?fù)ㄟ^一組圓周方向繞制的環(huán)形線圈，在軸面上形成閉合磁路。對(duì)比3 種磁路結(jié)構(gòu)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，在磁極磁通一致的前提下，三維空間磁路、端面磁路的頂磁路、底磁路磁感應(yīng)強(qiáng)度小，能夠有效減少導(dǎo)磁材料的使用。

圖4 磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量圖Fig.4 Vector diagram of magnetic induction intensity

提取定子與轉(zhuǎn)子之間圓弧面上的氣隙磁密，如圖5 所示。沿旋轉(zhuǎn)方向，端面磁路的氣隙磁密在A 區(qū)域內(nèi)呈NS 極交替分布，即從N 極極大值到S 極極大值周期交替;軸面磁路的氣隙磁密在B 區(qū)域內(nèi)均為一個(gè)方向，如左側(cè)從N 極極大值到N 極極小值周期交替;三維磁路氣隙磁密為上述兩種磁密形式的組合，A 區(qū)域內(nèi)為NS 極交替式磁密分布，B 區(qū)域內(nèi)為單方向磁密分布。根據(jù)式(1)，當(dāng)電緩轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電渦流將在A 和B 區(qū)域產(chǎn)生，由于C 區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化較小，產(chǎn)生的電渦流較弱。因此，三維空間磁路電緩結(jié)構(gòu)能夠更有效利用軸向空間，增加產(chǎn)生電渦流的體積。

圖5 氣隙磁密云圖Fig.5 Contour of air gap magnetic density

3.2 新型電緩電渦流分布特性

對(duì)新型電緩進(jìn)行似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元計(jì)算，獲得電緩動(dòng)態(tài)特性，提取1 000 r/min 轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子的似穩(wěn)態(tài)電渦流分布，如圖6 所示。大部分電渦流分布在定子內(nèi)表層，符合電流集膚效應(yīng)。俯視圖中顯示，在兩個(gè)相鄰齒之間，電渦流呈近似平行四邊形環(huán)流，且靠近磁極的部位，電流密度較高。

圖6 新型電緩電渦流矢量圖Fig.6 Eddy current vector diagram

3.3 3 種磁路電緩制動(dòng)外特性

在直徑480 mm，寬度160 mm 空間內(nèi)，分別設(shè)計(jì)3 種磁路電緩結(jié)構(gòu)，其中線圈勵(lì)磁按照銅線電流密度不大于8 A/mm2的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)用電緩似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元計(jì)算方法，對(duì)3 種磁路結(jié)構(gòu)電緩制動(dòng)扭矩進(jìn)行計(jì)算，獲得不同轉(zhuǎn)速下的制動(dòng)扭矩，如圖7 所示。

圖7 3 種磁路電緩制動(dòng)外特性Fig.7 External braking characteristics of the three eddy current brakes

隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加，電緩制動(dòng)扭矩先增加后下降。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加到1 500 r/min 后，端面磁路電緩扭矩開始下降;軸面磁路電緩制動(dòng)扭矩增幅隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加而下降，可以預(yù)見當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過6 000 r/min 后，其制動(dòng)扭矩將呈下降趨勢(shì)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因如下:隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加，磁場(chǎng)隨時(shí)間變化率增加，電渦流密度持續(xù)增加，導(dǎo)致感應(yīng)磁場(chǎng)增強(qiáng)，當(dāng)感應(yīng)磁場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，在材料磁飽和特性影響下，其對(duì)氣隙磁密的去磁影響超過了增磁影響，反而降低了磁場(chǎng)變化程度，使電緩高速扭矩下降。

對(duì)比端面磁路和軸面磁路電緩制動(dòng)外特性可知，端面磁路電緩扭矩極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較軸面磁路的小，這使端面磁路電緩更適用于不大于3 000 r/min 的低速范圍內(nèi)。引起這一區(qū)別的原因是兩種磁路構(gòu)成的氣隙磁密分布不同。結(jié)合圖5，端面磁路在圓周方向形成的NS 極交替分布?xì)庀洞琶軐?dǎo)致磁感應(yīng)強(qiáng)度變化更劇烈，更有利于提高電渦流密度。

根據(jù)對(duì)圖5 分析，三維磁路電緩的氣隙磁密為組合型，主體為NS 極交替式磁密，輔以兩側(cè)單方向磁密。其制動(dòng)扭矩和扭矩極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速與端面磁路電緩的基本一致，在全速段，制動(dòng)扭矩均高于端面磁路電緩，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過4 000 r/min 時(shí)，制動(dòng)扭矩被軸面磁路電緩反超。

將任一轉(zhuǎn)速下端面磁路和軸面磁路電緩最大制動(dòng)扭矩作為參考扭矩，三維磁路電緩制動(dòng)扭矩與參考扭矩相比，性能提升程度如圖7 矩形標(biāo)識(shí)所示，由于車輛緩速軸轉(zhuǎn)速一般不超過3 600 r/min，所以新型電緩性能將能夠提升8%到44%。

3.4 過勵(lì)磁對(duì)電緩制動(dòng)特性影響

針對(duì)去磁效應(yīng)引起的制動(dòng)扭矩下降問題，提出利用過勵(lì)磁增加氣隙原磁場(chǎng)強(qiáng)度，抵抗去磁效應(yīng)的方法。勵(lì)磁線圈設(shè)計(jì)時(shí)，以8 A/mm2電流密度為標(biāo)準(zhǔn)電流密度。由于線圈匝數(shù)不變，增加電流密度，使得勵(lì)磁磁勢(shì)同比例增加，從而達(dá)到過勵(lì)磁目的。

以標(biāo)準(zhǔn)電流密度倍數(shù)為變量，對(duì)3 種磁路電緩進(jìn)行似穩(wěn)態(tài)電磁場(chǎng)有限元仿真計(jì)算，結(jié)果如圖8 所示。隨著電流密度的增加，3 種磁路電緩制動(dòng)扭矩均增加，當(dāng)電流密度超過1 倍標(biāo)準(zhǔn)電流密度后，軸面磁路電緩制動(dòng)扭矩基本不變，而三維磁路和端面磁路電緩則有較大提高，如三維磁路電緩電流密度提高至3 倍標(biāo)準(zhǔn)電流密度后，制動(dòng)扭矩提高了0.65 倍，相比軸面磁路電緩扭矩提高了1.8 倍。

圖8 3 種磁路電緩過勵(lì)磁制動(dòng)特性Fig.8 Braking characteristics with overexcitation

提取三維磁路和軸面磁路電緩在磁極軸向中心處一個(gè)周期內(nèi)的氣隙磁密，如圖9 和圖10 所示。與穩(wěn)態(tài)(0 r/min) 氣隙磁密相比，似穩(wěn)態(tài)(1 000 r/min)氣隙磁密在齒兩側(cè)出現(xiàn)去磁與增磁效應(yīng)，且去磁影響明顯強(qiáng)于增磁影響。對(duì)比不同倍數(shù)電流密度的氣隙磁密，隨著勵(lì)磁電流密度的提高，去磁效應(yīng)被逐漸抑制，從而提升了制動(dòng)扭矩。如圖10 所示，由于強(qiáng)磁造成磁極底部和側(cè)面漏磁嚴(yán)重，隨著電流密度的增加，軸面磁路電緩的氣隙磁密極小值也在不斷增加，使定子上磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率基本不變。因此，軸面磁路電緩在磁飽和情況下，過勵(lì)磁對(duì)制動(dòng)扭矩提升效果不明顯。

圖9 三維磁路電緩氣隙磁密Fig.9 Air gap magnetic density of the 3-D magnetic circuit

圖10 軸面磁路電緩氣隙磁密Fig.10 Air gap magnetic density of the axial magnetic circuit

3.5 過勵(lì)磁對(duì)線圈影響

過勵(lì)磁從高壓擊穿和高溫?zé)龤Ы^緣層兩方面影響勵(lì)磁線圈的安全使用。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6109.1—2008 漆包圓繞組線中的要求，標(biāo)稱直徑2.5 mm 以上漆包線最小擊穿電壓如表1 所示。即對(duì)勵(lì)磁線圈電流密度進(jìn)行過勵(lì)磁設(shè)計(jì)時(shí)，其工作電壓要小于所選型號(hào)最小擊穿電壓。

表1 標(biāo)稱直徑2.5 mm 以上漆包線最小擊穿電壓Table 1 Minimum breakdown voltage of enameled wire with nominal diameter exceeding 2.5 mm V

參考表2 所列漆包線耐熱等級(jí)對(duì)應(yīng)的最高許可工作溫度，最高可耐180 ℃以上高溫。假設(shè)漆包線邊界為絕熱條件，依靠自身電阻熱源，根據(jù)式(11)，估算漆包線溫度從環(huán)境溫度30 ℃升高至180 ℃所需工作時(shí)間［20］，計(jì)算結(jié)果如表3 所示。隨著電流密度增加，安全工作時(shí)長(zhǎng)以倍數(shù)的反平方關(guān)系降低，但過勵(lì)磁電緩仍能在短時(shí)間內(nèi)工作，為車輛提供較大的緊急制動(dòng)扭矩，即使電流密度增加至11.25 倍，勵(lì)磁線圈仍能正常工作3.8 s。

表2 漆包線耐熱等級(jí)Table 2 Heat resistance grade of enameled wire

表3 線圈過勵(lì)磁工作時(shí)長(zhǎng)Table 3 Working hours of coils under overexcitation condition

式中:c 為線圈比熱容;ΔT 為溫升。

3.6 過勵(lì)磁技術(shù)對(duì)車輛制動(dòng)影響

過勵(lì)磁制動(dòng)技術(shù)能夠大幅提高新型電緩瞬時(shí)制動(dòng)扭矩。為定量分析過勵(lì)磁制動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將新型電緩不同安全電流密度倍數(shù)下的制動(dòng)特性代入車輛直線制動(dòng)模型中，根據(jù)圖3 所示流程進(jìn)行計(jì)算，獲得車輛制動(dòng)過程中的車速和減速度，如圖11 所示。統(tǒng)計(jì)車輛使用不同安全電流密度倍數(shù)電緩進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離，如表4 所示。

圖11 車輛制動(dòng)特性Fig.11 Vehicle braking characteristics

表4 車輛制動(dòng)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistical results of vehicle braking

提高新型電緩勵(lì)磁線圈的安全電流密度至11.25 倍時(shí)，可使50 噸車輛在7.1 s 內(nèi)從70 km/h 的車速制動(dòng)至停車，制動(dòng)距離為65 m。相較1 倍安全電流密度時(shí)的制動(dòng)過程，新型電緩電流密度倍數(shù)提升至3 倍，車輛制動(dòng)距離縮短30%;電流密度倍數(shù)提升至11.25 倍，制動(dòng)距離縮短50%。

4 結(jié)論

本文提出一種新型電緩，利用單個(gè)軸向突起的齒形線圈構(gòu)造三維磁路，在定子磁極與轉(zhuǎn)子之間形成中間NS 極交替式，輔以兩側(cè)單方向周期變化的組合式氣隙磁密，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在轉(zhuǎn)子內(nèi)表面形成近似平行四邊形電渦流。

在車輛常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，該緩速的制動(dòng)扭矩比傳統(tǒng)端面磁路和軸面磁路電緩制動(dòng)扭矩大，提升了8%到44%。同時(shí)，過勵(lì)磁技術(shù)能夠有效提升新型電緩瞬時(shí)制動(dòng)扭矩，如采用3 倍標(biāo)準(zhǔn)電流密度勵(lì)磁，其制動(dòng)扭矩將提高0.65 倍，可使質(zhì)量為50 t 的車輛制動(dòng)距離縮短30%。且通過對(duì)勵(lì)磁線圈溫升的評(píng)估，過勵(lì)磁技術(shù)可應(yīng)用于車輛緊急制動(dòng)，為其在短時(shí)間內(nèi)提供較大制動(dòng)扭矩。

新型三維磁路設(shè)計(jì)和過勵(lì)磁技術(shù)提升了電渦流緩速元件的功率密度，不但可以應(yīng)用于車輛緩速制動(dòng)，還能夠應(yīng)用于電渦流測(cè)功機(jī)等電磁阻尼原件。