[发明专利]一种考虑涡流分布不均匀性电磁执行器等效磁路建模方法

说明书

本发明的目的在于提供一种考虑涡流分布不均匀性电磁执行器等效磁路建模方法，包括如下步骤：根据电磁执行器的结构进行分区划分A～D，定义各区上第一层和第n层涡电流分别为i_R11和i_R1n，计算第一层和第n层对应的涡电阻，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，定义A～D区漏磁部分的等效电感为L_air1～L_air4，计算A～D区相邻两薄层之间的磁链，计算干路电流i，从而得到电磁执行器磁通φ。本发明实现了已有方法无法解决铁芯磁性材料的非线性磁化和磁饱和现象，特别是磁场内涡流效应的考虑。本发明提出的建模方法可以用于电磁执行器动态性能的准确预测。

技术领域

本发明涉及的是一种电磁执行器，具体地说是高压共轨系统的电磁执行器。

背景技术

高速电磁执行器是高压共轨系统的核心控制部件，直接决定共轨系统的喷射特性，从而影响柴油机的动力性和排放性。通常，采用三维有限元方法进行电磁执行器的设计优化，然而三维电磁计算耗时较长，无法实现对不同方案的快速计算对比。更为突出的问题是，三维有限元方法无法实现电磁执行器和高压共轨系统的液压部件、机械部件等耦合计算，这导致无法准确预测电磁执行器动态性能对共轨系统喷射特性的影响。因此，计算速度快、计算精度高的基于等效磁路法的一维电磁模型得到了广泛的发展。发明专利《基于等效磁路法的永磁同步直线电机建模与特性分析方法》在进行建模时，把永磁同步电机磁路分为直线电机初级部分磁路和气隙、电机次级部分磁路，然而模型不考虑铁芯磁饱和，这违背了真实的磁性材料存在的磁饱和特性。发明专利《一种永磁同步电机失磁故障等效磁路模型建立方法》在建模时忽略定子铁芯的磁阻和转子磁阻，并且假设永磁同步电机的硅钢片为不饱和状态，从而建立简化等效磁路模型，这种假设使得上述的模型无法准确预测在磁饱和下永磁电机的工作特性，模型具有一定的局限性。实际上，在高速电机或是高速电磁阀等电磁执行器的等效磁路模型中，是需要考虑到磁场的饱和特性和集肤效应导致的涡流在铁芯材料沿着径向分布的不均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提供克服现有的电磁执行器等效磁路法没有考虑铁芯磁特性和涡流特性等不足的一种考虑涡流分布不均匀性电磁执行器等效磁路建模方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种考虑涡流分布不均匀性电磁执行器等效磁路建模方法，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，并假设在每层铁芯薄片内的涡流为均匀分布；

(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：