[发明专利]新型电磁机构及其数学分析模型

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型电磁机构及其数学分析模型。 

背景技术

电磁机构广泛应用于电磁阀、接触器、断路器等各种开关电器，尤其是快速驱动机构，在混合式固态开关、综合式故障限流器、电能质量、电力系统相控开关等诸多技术领域具有广阔的应用前景。快速性与可控性，是新型电磁推力机构研究所追求的主要目标。目前正在研究的新型推力机构包括永磁式操动机构、电动机操动机构和脉冲电磁式快速推力机构等，它们在动作快速性和控制准确性方面各有千秋。配永磁的电磁机构主要由永磁体、线圈和铁芯构成，结构简单，双稳特性好；但亦需铁芯，其电感和时间常数也较大。电动机操动机构因利用电机的完全可控性而具有控制准确和动作分散性小等优点，但也存在动作时间较长、控制方法复杂以及需要特殊的稳态保持机构等问题。脉冲电磁式推斥机构利用两个平板状线圈(或平板线圈与铜盘)之间产生斥力而实现驱动，其电感和时间常数小，可在极短的时间内通过电容放电产生很大的脉冲电磁力，具有动作速度快、时间分散性小等优点，但因动作速度太大引起的碰撞振动问题尤其突出，需要较复杂的缓冲机构，并且其动作过程的可控性较差，不利于实现速度跟踪。 

事实上，简易而可靠的物理拓扑结构，以及简单而准确的数学分析模型，对实现电磁推力机构的快速性与可控性至关重要，也是优化结构设计和运动控制的前提基础。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种具有结构简单，使用方便，安全可靠等优点的新型电磁机构及其数学分析模型。 

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 

一种新型电磁机构，它包括可动线圈L₁和固定线圈L₂，其中可动线圈L₁为同一绕向绕制的螺线管线圈a；固定线圈L₂包含用一根导线绕制而的大小相同、绕向相反的线圈b和线圈c，线圈a底端到线圈c底端的距离即为可动区间。 

所述线圈b与线圈a的顶端对齐；线圈c的顶端与线圈a的中线对齐。 

一种新型电磁机构的数学模型，它建模步骤为： 

1)确定线圈L₁产生的径向磁场的磁感应强度径向分量B； 

2)确定穿过线圈L₂的磁场径向分量总和B_∑＝i₁·C_e，其中i₁为线圈L₁的电流，C_e为定积分常数； 

3)根据能量守恒，系统向可动线圈输入的能量，即电磁力F(t)所做的功，转化为可动线圈的动能 和克服摩擦力f(t)等所做的消耗功，则速度为： 

v=∫0tF(t)-f(t)mdt---(10)]]>

其中m为可动线圈的等效质量； 

当线圈密绕时，L₂所受电磁力可用下式表示：