汽车电涡流缓速器的设计与计算

关绍文 罗杰 李杰

摘 要：分析国内汽车电涡流缓速器开发现状，提出先进的设计手段是自主开发的保障。设定设计输入状态，再经过理论分析推导符合制动转矩的确定缓速器结构尺寸参数的公式，全面考虑设计步骤、因素，是设计开发电涡流缓速器的基本条件。

关键词：设计 计算 缓速器 结构尺寸 参数

1 概述

目前，国内只有屈指可数的几家公司在代理或开发电涡流缓速器产品，仅有少量投入试用;而其中逆向国外产品是主流做法。因涉及知识产权纠纷和不能从根本上掌握电涡流缓速器的设计机理与设计手段，国内电涡流缓速器自主开发举步艰难，制约了国内电涡流缓速器技术进步和市场拓展。

2 设计步骤与方法

我们利用全数字化设计技术进行产品开发设计，采用并行工程缩短开发周期，具有高性能、低开发成本和快节奏的设计风格。

2.1 理论计算

基于知识的理论与经验相结合的推导计算，确定部件的结构尺寸，形成数模参数特征。

2.2 全三维设计

利用三维数字化设计平台，在确定了大体结构后即可建立三维数字化模型，它将空间结构尺寸、装配关系直观的展现，进行可视化虚拟装配设计。并可实现设计数模直接用于数控机床进行数控加工——加工模具或工装卡具，即CAD/CAM一体化。

2.3 仿真分析

设计三维数模与分析仿真数模同步一致，可进行结构部件应力分析与散热风速分析。

2.4 优化设计

采用三维精确装配检查及工艺分析，并利用CAE分析结果进一步优化三维数模，即CAD/DFA/DFM一体化。

2.5 并行工程

基于全三维设计的并行流程和并行开发设计，有效缩短开发时间。

2.6 快速升级

设计数据、三维、两维及工艺数据全相关全参数化，可进行过程更改和新产品快速升级开发。

3 理论分析与计算

3.1 性能标准

因国内目前尚没有出台相关标准，暂参照执行法国泰乐玛缓速器公司现执行的欧洲Tape Ⅱ A辅助制动标准，内容为表述：

5吨以上的汽车，在7%的坡路上，从0速度开始，以无动力（空档）、不使用主制动滑行，经过6km距离后时速不超过30km/h[1]。

3.2 设计基本输入参数及设定性能

1）适用车辆最大总质量：m（t）;

2）设定适用发动机功率范围：P0（kW）;

3）设定适用缓速坡度：推荐9%（国家公路工程技术标准：Ⅳ级公路在特殊的山岭重丘区最大坡度）;

4）设定理想缓行速度：ν，≤30km/h;

5）设定适用車型轮胎滚动半径：r（m）;

6）设定适用车型后桥速比：i;

7）设定适用车型工作电压：U，（V）;

8）设定主体外形尺寸;

9）设定极限温升：≤t（℃）;

10）设定冷却方式：叶轮式转子空气冷却。

3.3 制动需求转矩的计算

3.4 电涡流缓速器的定性与转矩公式推导

电涡流缓速器的工作原理与能耗制动状态下的鼠笼异步电动机工作原理相同，其制动力矩的大小都取决于转子中的能量损耗，包括涡流损耗和磁滞损耗;不同之处是：转子（电枢）的材料及磁极形状不同，同时，在转速变化时，电涡流缓速器转子中感生电流（涡流）渗透深度也不同，其中的磁场强度和导磁系数也是变化的。

转子半径上对应于磁极有效长度的单位体积导体，随着转动——视为匀速转动，从N极过渡到S极，再过渡到N极，依次往复，即：转子静止状态下正弦交变磁场透过气隙周期性地穿过导体，在导体中产生涡流、产生热能;亦为：在定子的交替磁极与转子间形成的气隙中构成静态正弦交变磁场，供单位体积导体的转子导体去切割，进而形成涡流，消耗能量并阻碍转子的转动。

3.5 磁路计算

磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势（下简称磁势），并进而计算励磁电流。通过计算校核缓速器各部分磁通密度选型。

设定定子线圈工作温度为80℃，选用电磁线的材质，计算出此时的电阻率为（Ωmm2/m）[5]。

4 磁性材料与散热结构的考虑

电涡流缓速器的材料比较特殊，要求高导磁率、低矫顽力，低电阻率、耐高温抗氧化、耐腐蚀等，同时要考虑机械强度，因此以选用低碳合金钢为宜。

由于电涡流缓速器是吸收机械功率并将其转化为热能的装置，因此散热结构是必要的考虑因素，可参照离心风机叶轮的形式设计。

5 控制方式与控制思想

缓速器可以选择手控、脚控、手脚并控等操纵方式，脚控又可以是单独踏板（与手控等效但应自动复位），或是与主制动器结合，一旦脚制动踏板踏下，即产生双重制动效果，但要求缓速器先于主制动起作用。

控制器一般有继电器式和电子式两种，继电器式多分为四段控制，电子式则可以分为更多档，还可实现制动力平滑上升、延时起控、恒速控制、与其它电子控制系统通讯等功能。低车速时缓速器作用已很小，应自动退出工作状态，以减少用电损耗;具有ABS的车辆应建立与电涡流缓速器的制约关系，在ABS发挥作用时缓速器退出工作状态（即使低速功能已起作用）;缓速器是一种制动方式，所以当投入使用时制动灯应亮，并有工作指示灯。

6 结论

以理论知识为基础，以先进的三维数字化设计技术为手段，通过三维数字化设计和仿真分析与优化设计，我们掌握了设计开发电涡流缓速器的有效手段，就可以得到结构优化、性能最佳的设计产品，并且拥有自主的知识产权。

参考文献：

[1]汪贵友.新型减速器——电涡流缓速器.《现代汽车》2001年10/11月.

[2]唐仕明.电涡流缓速器在大客车上的应用.《汽车电器》2002年3月.

[3]陈世坤.电机设计.高等教育出版.

[4]电路及磁路.高等教育出版社.

[5]田玉波.磁性材料.清华大学出版社.