[发明专利]一种考虑涡流效应的高速电磁执行器动态性能计算方法

权利要求书

1.一种考虑涡流效应的高速电磁执行器动态性能计算方法，其特征是：

(1)根据电磁执行器的结构进行分区划分，定义内磁极部分为A区、外磁极部分为B区、连接内外磁极的位于线圈绕组上面的区域为C区、衔铁部分为D区，对上述定义的四个区域在径向方向进行n层等厚度的薄片划分；

(2)定义A区上第一层和第n层涡电流分别为i_R11和i_R1n，第一层和第n层对应的涡电阻分别为R₁₁和R_1n，同理，B区、C区、D区上涡电流从第一层到第n层为i_R21～i_R2n、i_R31～i_R3n、i_R41～i_R4n，各薄层涡电阻为R₁₁～R_1n、R₂₁～R_2n、R₃₁～R_3n、R₄₁～R_4n，薄层内涡电阻计算公式为：

上式中，m＝1～4，q＝1～n，ρ_m为材料的电阻率，N是线圈匝数，l_mq为涡流的流通距离，S_mq为涡流的流通面积；

(3)定义电磁执行器铁芯和衔铁之间气隙部分的等效电流为i_gk：

上式中，k＝1或2,，μ₀是真空磁导率，S_gk和φ_gk分别是气隙部分的有效磁通面积和磁通量，l_gk是气隙部分磁通的距离；

(4)考虑到电磁执行器漏磁现象，定义A～D区漏磁部分的等效电感为L_air1～L_air4：

上式中，x＝1～4，S_x为磁通面积，l_x为磁通距离，根据在上述四个漏磁区域的电感和电流的关系，计算得到有效电流为：

上式中，E为加载到电磁执行器上的驱动电压，RR为驱动电路干路电阻，i为驱动电路干路电流；

(5)计算A～D区相邻两薄层之间的磁链，计算公式为：

ψ_mp＝∫i_Rmp·R_mp-i_Rm(p+1)·R_m(p+1)dt m＝1～4,p＝1～n-1

上式中，相邻两薄层的涡流i_Rmp和i_Rm(p+1)由基尔霍夫定律求得，根据上式求得的磁链计算得到相邻两个薄层之间的磁感应强度为：

上式中，S_mp为磁感线穿过的有效面积，利用数据插值法求得磁化曲线中磁感应强度B_mp对应的磁场强度H_mp，进而计算出相邻两薄层之间等效电感对应的电流I_mp：

(6)根据基尔霍夫定律，由公式

ψ_mp＝∫i_Rmp·R_mp-i_Rm(p+1)·R_m(p+1)dt m＝1～4,p＝1～n-1计算得到干路电流i，从而得到电磁执行器磁通φ：

(7)在得到电磁执行器磁通量后，由全磁通守恒定律，气隙磁通φ_g1和φ_g2等于φ，根据电磁力公式计算的电磁力为：

(8)对高速电磁执行器衔铁运动进行受力分析，构建电磁执行器的动态响应模型，分析衔铁受力情况，定义F是电磁力，F_fr是衔铁运动过程中的摩擦阻力，F_mass是衔铁所受重力，F_spr是弹簧弹力，衔铁和铁芯之间燃油液动力F_hyd，根据牛顿第二定律，取衔铁向上运动为正方向，求解电磁执行器的衔铁运动方程：

上式中，c是阻尼系数，M_arm是衔铁质量，v_arm是衔铁运动速度，a_arm是衔铁运动加速度，x_arm是衔铁位移；

(9)输出高速电磁执行器衔铁升程随驱动时间变化的曲线，获得电磁执行器的开启响应时间和关闭响应时间。