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　　一、轉筒式電渦流緩速結構

　　普通電渦流緩速器采用盤式結構，體積、質量較大，安裝后對原有傳動系統影響較大[1]。為了克服上.述缺點，開發了轉筒式電渦流緩速器，其轉子采用圓筒式結構，整體質量輕，約為盤式電渦流緩速器的1/3；外形尺寸小，便于拆裝，匹配方便；其產生的制動力矩可達到1400Nm，完全可以滿足中小型客車的需要。

　　轉筒式電渦流緩速器通常由轉子總成、線圈總成、定子總成和磁芯等組成，如圖1所示。

　　二、轉筒式電渦流緩速器制動分析模型

　　（一）轉筒式電渦流緩速器工作原理

　　電渦流緩速器是利用電磁學原理把車輛行駛的動能轉化成熱能散發掉，從而實現減速和制動作用的裝置[2，3]。當駕駛員接通緩速器的控制手柄（或踩下制動踏板）開關進行減速或制動時，經調節的直流電流自動通過轉筒式電渦流緩速器的勵磁繞組，產生的磁場在定子磁極、氣隙和轉筒之間構成回路，如圖2所示。磁極磁通量的大小與勵磁繞組的匝數以及所通過的電流強度有關。在旋轉的轉筒上，其內部閉合導線所包圍面積內的磁通量發生變化，從而在轉筒內部產生渦旋狀的感應電流，即渦電流。以磁極的正上方為界，在轉筒內分別產生方向相反的兩種渦電流。渦電流產生的勵磁磁場對帶電轉筒產生阻止其轉動的阻力（即產生制動力），阻力的方向可由弗萊明（Flemin）左手法則來判斷。阻力的合力沿轉筒周向形成與其旋轉方向相反的制動力矩。渦電流在具有一定電阻的轉筒內部流動時，產生熱效應而導致轉子發熱。車輛行駛的動能通過感應電流轉化為熱能，并通過轉筒上葉片的旋轉將其散發出去。

　　（二）轉筒式電渦流緩速器的能量平衡

　　利用轉筒式電渦流緩速器對車輛進行制動時，除去車輛行駛的空氣阻力損失和傳動系摩擦損失及輪胎損耗外，車輛制動減少的機械能將全部轉化至轉筒上，以熱量形式散發在周圍空氣中，即有：

　　（E+V）-Q＝0（1）

　　式中，△（E+V）為車輛機械能變化量，J；Q為制動開始后的總散熱量，J。

　　轉筒式電渦流緩速器在制動過程中所消耗的能量與車輛機械能變化量相等，即：

　　式中，P為緩速器瞬時功率，W。

　　瞬時功率[4]為：

　　式中：：為氣隙的磁軛面積，m2；△h為電渦流有效透人深度，m；B為氣隙磁場的磁感應強度，T；ω為磁場變化角速度，rad/s；ρ為轉筒電阻率，Ω·m。

　　（三）轉筒式電渦流緩速器制動力矩計算

　　由式（3）可得如下有效制動功率：

　　式中，T為緩速器制動力矩，N·m；N為磁極對數，取4；ωn為轉筒的旋轉角速度，rad/s，ωn=ω/N。

　　三、轉筒式電渦流緩速器設計實例

　　（一）結構設計

　　磁芯、線圈各8只；磁心直徑為Φ76mm，線圈為246匝；勵磁總電流為104A。

　　轉筒外徑為430mm，內徑為405mm，軸向寬度為170mm。

　　磁軛與轉筒之間的氣隙為1.4mm。

　　轉筒式電渦流緩速器定子上有8個高導磁材料制成的磁芯，呈圓周分布，均勻地安裝在高強度的固定架上。8個勵磁繞組套于磁芯上，共同構成磁極。圓周上相對兩個勵磁繞組串聯或并聯成一組磁極，相鄰兩個磁極均為N、S相間，形成相互獨立的4組磁極。設計實例見圖3。

　　轉筒一般選用電工純鐵或低碳鋼等材料制造，通常鑄有散熱葉片。轉筒通過連接凸緣與傳動軸相連，并隨傳動軸自由轉動。轉筒和定子磁極間保持有極小的、均勻的氣隙，以使轉筒旋轉時不會刮擦到定子上。

　　（二）制動特性計算

　　將轉筒式電渦流緩速器的設計參數代入計算公式，計算結果見表1。從表1可見，緩速器的制動力矩隨著轉速增加而增加，達到最大制動力矩后隨著轉速的增加而下降；而制動功率隨著轉速的增加而增加。

　　四、轉筒式電渦流緩速器的控制

　　電渦流緩速器多采用電流繼電器分級控制，所產生的制動力矩分級不連續。本文設計的轉筒式電渦流緩速器采用無級控制方法，運用PWM電路取代電流繼電器對各勵磁線圈同時供電，實現對線圈繞組電流的連續控制，從而實現對緩速器制動力矩的控制。緩速器采用無級控制的目的是：通過控制電流大小使得其.產生的制動力矩連續變化，以更好地適應車輛制動技術的要求；保持穩定的汽車速度；阻止緩速器過熱。

　　轉筒式電渦流緩速器控制包括腳控和手控兩種方式。緩速器的制動力矩與工作電流、行駛速度密切相關，司以調節工作電流的大小得到不同的制動力矩，滿足不同情況下汽車制動的要求。為方便操作，設定控制器腳控和手控兩種操作不可同時工作，控制手柄需要駕駛員另行操作。為盡量減少駕駛員注意力分散，將操作過程簡化，將工作電流由小到大尸等間距分成6個控制擋位，根據汽車行駛狀況，由駕駛員自主選擇合適的電流進行制動。腳控開關由制動氣壓控制，工作電流設置為隨制動氣壓線性變化。當駕駛員踩下制動踏板時，緩速器自動起作用，根據制動踏板的行程，腳控開關上壓力傳感器的制動壓力不斷增大，則工作電流隨之連續變化。在行車制動器起作用前，線圈的勵磁電流達到最大值。

　　五、試驗研究

　　在完成額定制動力矩1400N·m的轉筒式電渦流緩速器樣機制造工作后，進行了臺架試驗。

　　根據電渦流緩速器的測試項目要求，測試了力矩、轉速、溫度和電流等物理參數。

　　在試驗中還需要測試轉筒的溫升情況，由于轉筒是旋轉件，不能采用接觸式溫度測量傳感器，需選用非接觸式紅外線測溫傳感器。根據試驗測量要求，選用了美國Raytek公司生產的在線式Theimaleit T系列LT型紅一外測溫儀，其主要技術指標為：溫度測量范圍-20～870℃，光學分辨率（D:S）33:1，光譜響應8～14μm，響應時間370ms，測量精度±1℃。

　　轉速和力矩的測量選用湘儀動力測試儀器有限公司生產的JC3A型相位差型力矩、轉速傳感器，其測量最大力矩為5000N·m，使用轉速范圍0～3000r/min。

　　試驗環境溫度為20℃，電壓26V。從圖4所示的緩速器轉筒的溫度-時間特性中可見，隨著轉筒式電渦流緩速器實施制動時間的增加，轉筒溫度開始幾乎無變化，隨后以平緩直線上升，在制動時間內最高溫度值為195.7℃，這說明溫升控制在合理范圍內，可保證制動性能的穩定性。

　　圖5為制動力矩-時間特性曲線，圖6為制動力矩-轉速特性曲線。從圖6中可見，制動力矩在轉速（800～1000）r/min左右達到最大，最大值為l418.4N·m，可滿足設計要求；在制動初始階段，制動力矩隨著轉筒轉速的提高而迅速增加；在持續制動階段，制動力矩變化不大；隨著制動時間增加，轉筒溫度進一步增加，制動力矩下降顯著。

　　表2為轉筒式電渦流緩速器制動力矩試驗值與計算值。由表2可知，制動力矩試驗值與計算值誤差很小，最大誤差為3.4％。

　　六、結束語

　　所設計車用轉筒式電渦流緩速器符合性能要求，制動力矩計算值與試驗值吻合，表明提出的緩速器制動力矩計算公式能夠指導產品設計。最大制動力矩達到1418.4N·m，說明該轉筒式電渦流緩速器具有良好的制動能力。

　　對所設計轉筒式電渦流緩速器主要性能指標進行了臺架試驗，為轉筒式電渦流緩速器的結構優化和改進設計提供了依據。