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當(dāng)前位置
克維斯傳動:分析了電磁耦合無級變速系統(tǒng)的工作原理
作者:無錫市克維斯傳動機(jī)械有限公司    發(fā)布于:2013-03-26 13:29:18    文字:【】【】【
摘要:克維斯傳動:分析了電磁耦合無級變速系統(tǒng)的工作原理
    1 EMCVT的構(gòu)造及調(diào)磁方法
    1.1基本構(gòu)造及原理
    當(dāng)發(fā)動機(jī)ICE連接輸入軸,拖動內(nèi)轉(zhuǎn)子相對于外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,由于電磁關(guān)系,內(nèi)轉(zhuǎn)子會旋轉(zhuǎn)發(fā)電,內(nèi)外轉(zhuǎn)子相互作用的電磁力矩將拖動外轉(zhuǎn)子隨內(nèi)轉(zhuǎn)子做同向、不等速的旋轉(zhuǎn)運動。這樣內(nèi)外轉(zhuǎn)子就變成了一個電機(jī)兼電磁滑差耦合(離合)器的組合體,該電機(jī)把發(fā)動機(jī)ICE的部分機(jī)械功率經(jīng)輸出軸及主減速器直接傳輸?shù)杰囕?,而電機(jī)又以相對轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速差)作為其同步發(fā)電轉(zhuǎn)速,把發(fā)動機(jī)功率的其余部分轉(zhuǎn)換為電功率,經(jīng)由電傳動分路(內(nèi)轉(zhuǎn)子-控制器-EMCVT定子-外轉(zhuǎn)子)傳遞并再次轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率匯合到輸出軸,且最終也傳輸?shù)杰囕?。因此對EMCVT來說,其傳遞功率的效率既高于單個電磁滑差耦合器,也高于單個電機(jī)。
    1.2調(diào)磁機(jī)構(gòu)及調(diào)磁方法
    永磁電機(jī)控制策略是按既定的功率確定額定轉(zhuǎn)矩及額定轉(zhuǎn)速(恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍),用弱磁的方法來提高永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速(恒功率調(diào)速).弱磁的方法是利用電機(jī)電樞反應(yīng)削弱永磁體磁場的,一方面,可能造成定子線圈電流過大,從而電機(jī)繞組銅損過大,導(dǎo)致電機(jī)過熱,效率降低;另一方面,控制器容量增大、系統(tǒng)成本提高同時電機(jī)本身也不適于長時間高速運行。此外,對于必須具備車輛變速器功能的電磁耦合無級變速器來說,還要求該系統(tǒng)能調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩以使發(fā)動機(jī)能在給定油門情況下工作于較理想的工作點上,從而達(dá)到一定的燃油經(jīng)濟(jì)性,而目前成熟的永磁電機(jī)及其控制策略卻難以滿足此要求。因此需要有效地改進(jìn)永磁電機(jī)的調(diào)磁性能來滿足上述要求。在定子鐵心的中上方開設(shè)環(huán)形槽放置勵磁線圈,定子繞組安放方式和永磁電機(jī)一樣。外轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩面均分為兩部分,每部分裝設(shè)相同極性的永磁磁極并且和鐵磁極(調(diào)磁極)相間安裝。轉(zhuǎn)子每極均由永磁體極和鐵磁極兩部分組成,鐵磁極為勵磁磁通提供低磁阻磁路,增磁或弱磁取決于勵磁線圈中的電流方向。勵磁線圈中存在勵磁電流時,由于永磁體對外加磁勢的磁阻很大,使得勵磁磁通主要經(jīng)過機(jī)殼、定子鐵心、空氣氣隙、外轉(zhuǎn)子鐵磁極及內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心形成回路,這一部分勵磁磁通將隨勵磁電流大小的改變而改變。此外永磁體極也會通過兩側(cè)的鐵磁極、空氣氣隙、定子鐵心及內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心形成回路對鐵磁極進(jìn)行磁化,這一部分磁通是基本穩(wěn)定的。這樣鐵磁極上的氣隙中這兩部分相互獨立的磁通形成合成磁通。變勵磁電流的大小就可以調(diào)節(jié)增磁或弱磁的強度。
2有限元法對EMCVT的分析
    內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子均不加電流負(fù)載,外轉(zhuǎn)子是內(nèi)外兩面均貼有永磁體,磁力線經(jīng)過內(nèi)外兩個永磁體穿過外轉(zhuǎn)子,在外轉(zhuǎn)子上的永磁體之間僅有少量的磁力線,即為外轉(zhuǎn)子上永磁體之間的漏磁很少。僅有內(nèi)轉(zhuǎn)子加電流負(fù)載的情況,由于內(nèi)轉(zhuǎn)子加載,使得外轉(zhuǎn)子的內(nèi)永磁體之間存在磁力線,但這部分磁力線是與內(nèi)轉(zhuǎn)子相連接,而不與定子相連接。同時定子與外轉(zhuǎn)子間的磁力線分布與定子內(nèi)轉(zhuǎn)子均不加電流負(fù)載時的情況類似。僅有定子加電流負(fù)載的情況,外轉(zhuǎn)子的永磁體之間同樣也存在部分磁力線,這部分磁力線是與定子相連接,而不與內(nèi)轉(zhuǎn)子相連接。同時內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子之間的磁力線分布與定子內(nèi)轉(zhuǎn)子均不加電流負(fù)載時的情況類似。內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子均施加電流負(fù)載的情況。一般來說,內(nèi)轉(zhuǎn)子及定子由層疊硅鋼構(gòu)成,而外轉(zhuǎn)子由于結(jié)構(gòu)及性能影響的原因而由實硅鋼體構(gòu)成,因此,外轉(zhuǎn)子上會產(chǎn)生較大的鐵損。而外轉(zhuǎn)子上永磁體之間的磁通基本為恒值,只是由于內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子加載交變的電流而產(chǎn)生交變的磁通,從而導(dǎo)致外轉(zhuǎn)子上鐵損不同.利用電磁耦合無級變速器的三維有限單元分析勵磁線圈調(diào)磁時EWCVT對內(nèi)氣隙磁密(內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子之間氣隙)和外氣隙(外轉(zhuǎn)子和定子之間氣隙)磁密的影響結(jié)果圖。其中,電角度為內(nèi)外磁場的夾角。發(fā)現(xiàn)調(diào)磁線圈對氣隙磁密的影響是較大的。
    3結(jié)論
    電磁耦合無級變速器是可直接傳遞機(jī)械能的電磁滑差耦合(離合)器與電機(jī)的組合體,在保持與常規(guī)電傳動相當(dāng)?shù)妮^寬廣無級變速范圍的同時,總體效率還可以得到提高。本文在詳細(xì)分析其工作原理及調(diào)磁原理的基礎(chǔ)上,利用有限單元法對其進(jìn)行二維有限單元磁場分析,并通過三維有限單元模型分析調(diào)磁對磁場的影響,并且得出調(diào)磁對電磁耦合無級變速器效率的影響。
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