Maxwell电磁驱动配气机构的能量损耗分析(3)
由于电液驱动配气机构的设计需要涉及液压、电子、自动控制等领域，而且需要使用液压泵和电液伺服阀，增加了机构的复杂程度，此外，工作液体容易发生泄漏，导致工作不可靠且污染环境。因为工作液体的可压缩性各有不同，无法保证气门在不同温度和环境下正常工作。综上所述，电液驱动配气机构有逐渐被取代的趋势。
1.3.2 电磁驱动配气机构
电磁驱动配气机构是无凸轮配气机构的重要形式。美国的Aura System公司、FEV公司和通用汽车公司分别提出了采用双弹簧，双电磁铁的气门驱动方案[10]如图1.3和图1.4所示。该方案的原理为：气门由通电线圈直接驱动，在永磁体产生的磁场中，基于电磁感应定律，通过改变线圈中流过的电流的大小，线圈就会产生一定规律的运动，从而带动气门的开启和关闭。此外， Engineering Matters公司提出了一种动铁式电磁驱动配气机构，如图所示该方案在磁路中加入了永磁体，圆柱体铁心在磁场的作用下驱动气门作一定规律的往复运动。
图1.3 Aura system公司电磁驱动配气机构 图1.4 通用公司电磁驱动配气机构
德国Kaiserslautern[11]大学和德国Compact Dynamics公司[12]分别提出了动磁式磁阻型电磁驱动配气机构的方案如图1.5和图1.6所示，该机构的运行原理为：由于动子总是向着磁阻最小的方向移动，所以只需改变定子线圈中的电流来改变磁场的分布就能控制动子的运动，从而驱动气门的运动。
图1.5 Kaiserslautern大学 图1.6Compact Dynamics公司
相比电液驱动配气机构，电磁驱动配气机构因为结构简单、易于控制而且环保洁净，越来越多地运用到节能环保型车辆的发动机当中，成为汽车无凸轮配气机构设计的发展方向。
1.3.3 电气驱动配气机构
总的来看，电气驱动配气机构与电液配气机构的工作原理相似，不同之处在于把工作介质从液体更换为气体，可以解决前者因为工质泄露所造成的环境污染问题。同时，气体介质相比液体介质来说简单易得，也降低了电气配气机构的成本。不过，因为气体更加具有可压缩性，会降低配气机构的工作可靠性[13]。国际上，美国密歇根州立大学提出了一种电气驱动配气机构[14]，该机构的原理与电液驱动配气机构的原理类似。
三种不同驱动方式配气机构的对比如表1.1所示：
表1.1 不同驱动方式配气机构间的对比
驱动方式 电液驱动 电磁驱动 电气驱动
结构复杂性 复杂 简单 复杂
环保性 差 良好 一般
节能性 差 良好 一般
1.4 电机能量损耗分析现状
电机存在的能量损耗主要有机械损耗、铁心损耗、绕组损耗和其他损耗，针对不同类型的损耗有着不同的计算方法。目前，科研界普遍采用有限元分析的方法得到能量的损耗值。中国辽宁工业大学的徐长明运用电磁场仿真软件Ansoft Maxwell建立了鼠笼式三相异步电机的有限元模型并进行分析，得到了不同时刻电机磁力线、磁通密度的分布情况，最终得到电机的铁心损耗为135W、转子鼠笼损耗为125W和定子绕组损耗210W[15]。
哈尔滨工业大学郝双辉等针对直线电机高速运行时有铁心损耗大、效率低的不足，提出了一种动磁式无铁心永磁直线电机模型[16]，采用专业电磁分析软件JMAG对无铁心直线电机电磁场进行瞬态分析计算，提取出结果后再用MATLAB重新处理得到最终的电机空载气隙磁密分布。M.Nirei、Y.Tang等人通过有限元分析加上激励电路的方程来计算了涡流损耗的分布，得出线性直流电机的涡流损耗的预测和计算值分别为20.5 瓦和22.7瓦并对每个方法计算的涡流损耗进行比较，得出计算与预测结果之间的误差是11％[17]。