[发明专利]一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组

权利要求书

1.一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法，其特征在于，所述方法包括：

基于多根磁棒的串并联连接方式，利用含罚函数的多维粒子群算法进行优化计算以获取不同型号的备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数；其中，所述优化参数包括所述多根磁棒中单根磁棒的尺寸、所述单根磁棒上漆包线的绕制层数和所述多根磁棒的串并联数量；

根据漆包线对应的性能指标J，从所述备选漆包线中选择性能指标J最小的漆包线作为用于设计所述磁力矩器的目标漆包线；

基于所述目标漆包线及所述目标漆包线对应的优化参数，采用径向横截面为平面六角密堆积的排布方法形成占据最小空间面积的所述磁力矩器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多根磁棒的串并联连接方式，利用含罚函数的多维粒子群算法进行优化计算以获取不同型号的备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数，包括：

对于每种型号的备选漆包线，执行以下步骤：

根据所述备选漆包线设计的所述单根磁棒，获取所述单根磁棒产生的磁矩M₀和功率P₀；

将所述多根磁棒按照m组并联，每组并联中n根所述磁棒串联的方法进行连接；

获取所述多根磁棒串并联后产生的磁矩M＝mM₀和功率

基于所述磁矩M和功率P为优化目标，利用含罚函数的多维粒子群算法进行多目标优化以获取所述备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数；其中，所述优化参数包括所述多根磁棒中单根磁棒的尺寸、所述单根磁棒上漆包线的绕制层数和所述多根磁棒的串并联数量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述备选漆包线设计的所述单根磁棒，获取所述单根磁棒产生的磁矩M₀和功率P₀，包括：

根据式(1)计算获得所述单根磁棒产生的磁矩M₀：

其中，U为电源电压；r₁为磁芯半径；r_w为所述漆包线半径；ρ为所述漆包线铜材的电阻率；y为所述漆包线的绕制层数；r₂为所述磁棒的半径，r₂＝r₁+2yr_w；k为所述磁芯材料相关参数，当所述磁棒的长度l＞＞所述磁芯的半径r₁时，μ_r为所述磁芯的相对磁导率；

根据式(2)计算获得所述单根磁棒产生的功率P₀：

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述磁矩M和功率P为优化目标，利用含罚函数的多维粒子群算法进行多目标优化以获取所述备选漆包线对应的性能指标J以及符合约束条件的优化参数，包括：

利用含罚函数的多维粒子群算法求解多目标优化问题以获取符合约束条件的所述单根磁棒的尺寸，所述单根磁棒上所述漆包线的绕制层数以及所述多根磁棒的串并联数量：

其中，J为所述备选漆包线对应的性能指标；0.2为所述功率P的权重因子；F为罚函数，其中，P_max为设定的功率上限；a为所述多根磁棒串并联连接的几何横向包络尺寸；a_max为设定的横向包络最大尺寸；b为所述多根磁棒串并联连接的几何纵向包络尺寸；b_max为设定的纵向包络的最大尺寸；M_min为设定的磁矩下限。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标漆包线及所述目标漆包线对应的优化参数，采用径向横截面为平面六角密堆积的排布方法形成占据最小空间面积的所述磁力矩器，包括：

基于所述目标漆包线及所述目标漆包线对应的优化参数，将所述多根磁棒按照径向横截面为平面六角密堆积的排布方法进行阵列排布以形成所述磁力矩器；其中，所述磁力矩器占据的空间面积最小；

其中，所述磁力矩器的几何横向包络尺寸a＝(2m+1)r₂；所述磁力矩器的几何纵向包络尺寸其中，n1。