【摘要】：針對汽車磁流變半主動懸架系統(tǒng)的開發(fā),設計了集供電與減振功能于一體的磁流變減振器。提出了基于準Halbach陣列永磁體的直線發(fā)電機結構,并設計了組合隔磁結構,有效降低了磁流變減振器線圈磁場與永磁體磁場的相互干擾,實現(xiàn)了自供電磁流變減振器的集成設計。通過理論與試驗研究,探索了自供電磁流變減振器創(chuàng)新設計理論與方法。
【圖文】：

2自供電磁流變減振器結構和工作原理本文所設計的自供電磁流變減振器由磁流變減振器、隔磁結構、連接裝置、發(fā)電機和由浮動活塞與儲氣室構成的體積補償裝置等5個部分組成，如圖1所示。該減振器的設計采用了空間共享原理：發(fā)電機采用直線式電機結構，將發(fā)電機動子總成與活塞桿固連，發(fā)電機定子總成與缸筒固連，結構更加緊湊；在發(fā)電機永磁體和減振器缸筒之間設計了組合隔磁結構，通過隔磁和導磁材料的合理分布及尺寸設置，使發(fā)電機部分和磁流變減振器部分形成2個獨立的磁路，并有效阻止2個磁場的相互干擾；采用多級Halbach陣列永磁體作為發(fā)電機的勵磁源，相比單級永磁體結構，多級結構可以保證在同樣頻率和幅值的激勵下，線圈切割磁感線的次數(shù)更多，從而實現(xiàn)更高的饋能效率。圖1自供電磁流變減振器結構在外界激勵下，活塞桿與缸筒產生相對運動，動子總成的永磁體切割定子總成發(fā)電線圈產生感應電壓，并通過能量回收電路產生電能存儲在儲能裝置中。與此同時，控制器根據傳感器輸入的振動信號進行半主動控制，輸出控制信號使儲能裝置向減振器內的勵磁線圈通電，在減振器阻尼通道產生可控的磁場形成磁流變效應，從而產生可控的阻尼力以減輕車輛的振動。如果通過發(fā)電機回收的電能能夠滿足半主動勵磁線圈的需要，那么磁流變懸架系統(tǒng)就可以實現(xiàn)自供電。3基于準Halbach陣列的永磁直線發(fā)電機設計3.1永磁直線發(fā)電機工作性能分析由法拉第電磁感應定律可知，長l的導體在磁感應強度為B的磁場中以速度v切割磁感線時所產生的感應電動勢為：E=Blv（1）在短路情況下，導體中的最大電流為：I=VR=σBvAw（2）式中，V為導體兩端的電壓；R為導體的電阻；σ為導體的電導率；Aw為導體的橫截面積。結合式（1）和式（2）可得功率為：

2πBvDcAc3d2（6）功率為：P=π2σB2v2DcAc23（7）由式（7）可以看出，在電磁發(fā)電機的磁路設計過程中應盡量采用高剩磁的永磁體和高磁導率的材料，使得氣隙具有較高的磁感應強度，并在空間布局允許的情況下盡量加大繞組的直徑和橫截面積。3.2準Halbach陣列永磁體特性分析永磁直線發(fā)電機按永磁體排列不同可以分為徑向充磁結構、軸向充磁結構和準Halbach陣列結構，根據參考文獻[6]對3種結構的分析，，本文的永磁直線發(fā)電機最適合采用準Halbach陣列結構。準Halbach陣列結構中（見圖2），磁力線主要在永磁體徑向外側形成閉合回路，無磁力線進入減振器部分，且徑向磁場和軸向磁場的相互疊加使得氣隙一側的磁場強度增大，另一側磁場強度降低，從而形成單邊磁場的磁屏蔽效應。Halbach陣列永磁體的單邊磁場效應非常適用于本文所設計的發(fā)電機，在增強了氣隙一側的磁感應強度、提高了發(fā)電機功率密度的同時，降低了靠近減振器缸筒一側的磁場強度，從而可以在保證磁場互不干擾的情況下減小隔磁結構的體積，減輕動子質量，提高效率。圖2準Halbach陣列連接裝置發(fā)電機磁流變減振器隔磁機構浮動活塞儲氣室空氣間隙線圈外筒導磁筒軸向充磁永磁體隔磁筒磁流變減振器徑向充磁永磁體·設計開發(fā)·-22-汽車技術
【作者單位】： 重慶車輛檢測研究院國家客車質量監(jiān)督檢驗中心;
【基金】：國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局科研項目(2014QK262) 重慶市質量技術監(jiān)督局科研項目(CQZJKY2014013)
【分類號】：U463.335.1

【參考文獻】

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本文編號：2550086