杨效军 何仁 沈海军
江苏大学
摘要 基于Maxwell张量法和电磁理论，研究并推导了自励式缓速器发电装置电磁转矩和缓速装置制动扭矩的解析计算公式。通过对500N•m自励式缓速器制动力矩的理论计算值与试验值的比较可知，在中、低转速范围，其制动力矩的理论计算值与试验值基本吻合。该结果为进一步研究自励式缓速器制动力矩与各结构参数的关系及结构优化设计提供了理论基础。
主题词 自励式缓速器 制动力矩 计算
1 前言
自励式缓速器是一种新型节能车用缓速器，结构分为发电装置和缓速装置两部分。在车辆减速或制动过程中，其利用高功率质量比的稀土永磁发电装置将车辆行驶的动能转化电能，并用自发电能为缓速装置的励磁线圈供电，以达到减速或制动目的。因此，自励式缓速器不需要车载蓄电池为其励磁线圈提供大电流，没有附加能耗，同时也避免了对其它车载用电设备的冲击。制动力矩作为缓速器重要的设计指标，是进行结构优化设计和分析的理论基础。本文运用Maxwell张量法和电磁理论分别推导了发电装置产生的电磁转矩Tg及缓速装置的制动扭矩Te，并通过500N•m自励式缓速器制动力矩测试对计算公式进行了验证。
2 发电装置电磁转矩
自励式缓速器的发电装置是一个径向结构的稀土永磁发电机，其电磁转矩由作用于转子上的切向电磁力产生。Maxwell张量法是计算电机电磁转矩的常用方法，在Maxwell-2D分析中，作用在转子
为便于分析缓速装置的制动功率，假定：
a．电磁绕组产生的磁通只分布在磁极内，暂不考虑其漏磁情况；
b．各导磁材料的相对磁导率μr，为常数，且不考虑磁路的磁饱和磁滞耗损的影响；
c．忽略磁极间的相互影响及其与发电装置电枢绕组间的相互影响；
d．磁极磁力线垂直进入转筒内表面，转筒上与磁极相对的弧形区域近似看成平面。
基于上述假设，对于圆形铁芯建立的图2所示的直角坐标系。
在常温环境下，利用电机将缓速器转子转速调至1800～1900r/min后，电机停止工作，控制器将缓速器制动挡位设为最高捎进行拖磨试验，记录励磁线圈工作电流、制动力矩、转子转速和温度、定子温度等变化。然后将缓速器置于空挡使其转子温度接近环境温度，重复上述步骤进行其他挡位制动力矩和转子温度测试。在最高挡位下，自励式缓速器制动力矩的试验曲线及理论曲线如图3所示。
从图3中可以看出，当传动轴转速低于1700r/min时，理论计算曲线与试验曲线基本吻合；当传动轴转速高于1700r/min时，理论计算曲线与试验曲线的差值开始增大。造成这种现象的主要原因是：在推导过程中忽略了漏磁、磁滞损耗、磁路饱和以及发电装置与缓速装置之间磁场的相互影响等复杂因素；另一方面，在气隙磁场的处理中尽管充分考虑了涡电流的去磁效应，但没有考虑涡电流去磁效应对磁路磁阻的影响。而实际工作过程中，涡电流的去磁效应使磁路磁阻增大，气隙磁感应强度减小，从而使得实际制动力矩减小。
5 结束语
文中推导的计算公式在中、低转速时能够很好地反映自励式缓速器制动力矩与各结构参数之间的关系，在工程实践中可用于指导自励式缓速器结构设计与性能分析。但由于影响制动力矩的因素较多且相互之间呈现非线性关系，高转速时，理论计算值与试验值存在较大的误差，有待于通过进一步试验来修正计算公式。
