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1.內(nèi)容提要 本專著以一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的執(zhí)行裝置（電磁直線執(zhí)行器）為對象，從理論分析、數(shù)學(xué)建模、仿真計(jì)算以及試驗(yàn)驗(yàn)證等方面對該執(zhí)行器的能耗構(gòu)成、分布及變化情況展開研究和介紹，揭示了電磁直線執(zhí)行器內(nèi)能耗的變化規(guī)律以及能耗與溫升的對應(yīng)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上探討了執(zhí)行器的降耗與散熱技術(shù)方案。 本專著可作為新能源汽車、機(jī)電系統(tǒng)等研究領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員的參考用書，也可作為車輛工程領(lǐng)域的研究生及本科生教輔用書。 2.前言 汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，帶來了嚴(yán)重的能源與環(huán)境問題，大力推進(jìn)傳統(tǒng)汽車節(jié)能減排和新能源汽車產(chǎn)業(yè)化，成為當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)亟須解決的重大課題，也是推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的緊迫任務(wù)。新能源汽車產(chǎn)業(yè)化是不久的將來汽車節(jié)能減排的重要發(fā)展趨勢，然而在當(dāng)前過渡發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)汽車的節(jié)能減排更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)相比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的凸輪驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)氣門運(yùn)動(dòng)規(guī)律在運(yùn)行范圍內(nèi)的全柔性化調(diào)節(jié)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)以最佳性能運(yùn)行在各工況下，可顯著提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和節(jié)能環(huán)保性能。電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的核心驅(qū)動(dòng)部件為電磁直線執(zhí)行器，其能耗的高低和性能的優(yōu)劣將直接影響到電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的配氣系統(tǒng)能耗、高速運(yùn)動(dòng)下的適應(yīng)性以及長時(shí)間穩(wěn)定工作的可靠性等技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。因此，對電磁直線執(zhí)行器的能耗及其降耗散熱技術(shù)的研究具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 本專著涉及發(fā)動(dòng)機(jī)可變技術(shù)、直線電機(jī)應(yīng)用、電磁原理、能量轉(zhuǎn)換與傳熱等方面的內(nèi)容，覆蓋基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域較廣，且在國內(nèi)外同領(lǐng)域內(nèi)具有一定的先進(jìn)性和創(chuàng)新性，可為電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)及直線驅(qū)動(dòng)裝置領(lǐng)域的研究提供技術(shù)參考。 本專著獲得國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（51605183）和江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（16KJB460004）的資助與支持，在此表示感謝。 至此，對所有為完成本書提供幫助和支持的專家和學(xué)者們表示由衷的感謝！ 由于著者水平有限，書中難免會有疏漏或欠妥之處，懇請讀者批評指正。 著者 2016年12月 3.目錄 1緒論1 1.1概述1 1.2電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀2 1.3電磁直線執(zhí)行器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀4 1.3.1直線電機(jī)的發(fā)展概述4 1.3.2直線電機(jī)的研究現(xiàn)狀5 1.3.3電磁直線執(zhí)行器的能耗研究7 1.4面臨的主要問題8 1.5本專著的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)9 2電磁直線執(zhí)行器的能耗構(gòu)成分析11 2.1電磁直線執(zhí)行器的能量轉(zhuǎn)換過程11 2.1.1電磁驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)11 2.1.2電磁直線執(zhí)行器中的能量轉(zhuǎn)換12 2.1.3能耗構(gòu)成及分類13 2.2能耗的數(shù)學(xué)模型13 2.2.1銅耗14 2.2.2鐵耗14 2.3電磁直線執(zhí)行器的電磁場有限元分析17 2.3.1有限元仿真軟件17 2.3.2電磁直線執(zhí)行器有限元模型的建立18 2.3.3能耗的仿真結(jié)果分析21 2.4本章小結(jié)22 3電磁直線執(zhí)行器的能耗變化研究24 3.1電磁直線執(zhí)行器的能耗分布24 3.2變工況下電磁直線執(zhí)行器的能耗分析26 3.2.1變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的能耗分析26 3.2.2變過渡時(shí)間的能耗分析28 3.3影響電磁直線執(zhí)行器能耗的因素29 3.3.1銅耗的影響因素分析29 3.3.2鐵耗的影響因素分析30 3.4電磁直線執(zhí)行器的堵動(dòng)測試試驗(yàn)31 3.4.1堵動(dòng)測試原理31 3.4.2試驗(yàn)裝置及測試方案32 3.4.3堵動(dòng)狀態(tài)下鐵耗的規(guī)律探究35 3.4.4試驗(yàn)與仿真的對比36 3.5本章小結(jié)36 4電磁直線執(zhí)行器的降耗方案研究38 4.1內(nèi)芯切槽方案38 4.1.1內(nèi)芯切槽的降耗原理38 4.1.2不同等分切槽方案效果對比40 4.1.3內(nèi)芯切槽對執(zhí)行器性能的影響41 4.1.4方案的綜合評價(jià)42 4.2磁瓦拼接方案42 4.2.1電磁直線執(zhí)行器的永磁體布置形式43 4.2.2等效磁荷法建立磁場分布模型44 4.2.3拼接方案的效果對比46 4.2.4層次分析法確定最優(yōu)方案48 4.2.5最優(yōu)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證50 4.3軟磁材料優(yōu)化選擇方案51 4.3.1常用軟磁材料的性能對比52 4.3.2鐵鈷合金與低碳鋼對執(zhí)行器性能的影響對比52 4.3.3鐵鈷合金與低碳鋼對執(zhí)行器能耗的影響對比53 4.3.4方案的綜合評價(jià)54 4.4降耗方案的綜合分析55 4.5本章小結(jié)57 5電磁直線執(zhí)行器的熱分析58 5.1電磁直線執(zhí)行器的傳熱理論模型58 5.1.1電磁直線執(zhí)行器中熱的產(chǎn)生58 5.1.2熱傳遞的方式58 5.1.3總傳熱過程及總傳熱系數(shù)60 5.1.4電磁直線執(zhí)行器中復(fù)雜的熱交換60 5.2電磁直線執(zhí)行器的溫度場仿真64 5.2.1電磁場溫度場的耦合64 5.2.2熱源及環(huán)境溫度的確定65 5.2.3導(dǎo)熱系數(shù)及對流換熱系數(shù)的確定66 5.3電磁直線執(zhí)行器的溫升分布及變化規(guī)律66 5.4電磁直線執(zhí)行器溫升變化的影響因素69 5.4.1環(huán)境溫度對執(zhí)行器溫升的影響69 5.4.2對流換熱系數(shù)對執(zhí)行器溫升的影響71 5.5本章小結(jié)72 6電磁直線執(zhí)行器的溫升測試73 6.1溫升測試方案73 6.2測溫儀器與試驗(yàn)裝置74 6.2.1測溫儀器的選擇74 6.2.2溫升測試臺架及裝置75 6.3試驗(yàn)測試結(jié)果分析76 6.4強(qiáng)制風(fēng)冷措施的探究77 6.5本章小結(jié)80 參考文獻(xiàn)81 主要符號說明82 |
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