[发明专利]开关阀电磁铁动态特性电-磁-固耦合梯形电路的建模方法

权利要求书

1.开关阀电磁铁动态特性电-磁-固耦合梯形电路的建模方法，用于快速分析高速开关阀的电磁铁动态特性，其特征在于：包括以下步骤；

步骤S1、通过分析高速开关阀电磁铁的壳体、铁芯、衔铁、骨架彼此之间的位置关系，推导电磁铁中线圈生成的磁通路径分布情况，从而得到其磁路模型；

步骤S2、基于铁磁材料的电感和磁阻的关系式，并应用电路和磁路的对偶理论将磁路元件转换为电路元件，推导出考虑电磁铁高频工况下强涡流效应的等效梯形电路模型；

步骤S3、建立各等效电子元件子模型，搭建高速开关阀电磁铁的电-磁-固多场耦合的等效电路模型，获取不同电压控制策略下高速开关阀电磁铁的高频动态特性数据。

2.根据权利要求1所述的开关阀电磁铁动态特性电-磁-固耦合梯形电路的建模方法，其特征在于：所述电磁铁在线圈施加电压产生电流后，磁力线依次经过磁轭、铁芯、气隙、衔铁后回到磁轭完成闭合，在电磁铁铁磁材料内磁通可视为均匀分布的情况下，整个电磁铁分为若干段磁路段，由于磁轭中内磁通按照方向不同分为垂直和水平，故划分为上磁轭和侧磁轭，由于铁芯与骨架紧贴因此共用同一磁路段，额外骨架的中部隔磁环的作用下，划分为上铁芯、中铁芯、下铁芯，同理，衔铁根据磁通截面积的不同，划分为上衔铁，中衔铁和下衔铁；

步骤S1具体包括如下步骤：

步骤S1.1、将铁芯分布的磁动势集中在多个铁芯段上，在每个铁芯段内磁通可视为均匀分布的情况下，整个铁芯分为若干段磁路段；

步骤S1.2、每个磁路段可视为一个磁通管，并且假设分布在磁路段上漏磁通从磁路段的端点流进和流出；其中，为侧磁轭的励磁阻，为下铁芯的励磁阻，为中铁芯的励磁阻，为分布在中铁芯的漏磁阻，为上铁芯的励磁阻，为隔磁环的漏磁阻，为气隙磁阻，为下衔铁的励磁阻，为中衔铁的励磁阻，为下衔铁的励磁阻，为衔铁内部中空的漏磁阻，为上磁轭的励磁阻；

步骤S1.3、将铁磁材料磁场和漏磁场的磁通管根据空间位置连接起来，视同为磁场对应的等效磁路。

3.根据权利要求1所述的开关阀电磁铁动态特性电-磁-固耦合梯形电路的建模方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S2.1、在磁路的每一网口分别设置节点，再选择最外侧磁支路形成的封闭曲线至无穷远处构成一网孔；

步骤S2.2、用一条直线将各节点和网孔按照对偶变换规则连接起来，连接线所穿过的磁阻根据对应域的属性不同分别变换为空气漏磁电感、位移可变电感、铁磁模型；磁动势元件变换为电流源元件。

步骤S2.3、将电流源替换为线圈电阻和电压源串联的形式，变为等效电路模型。

4.根据权利要求3所述的开关阀电磁铁动态特性电-磁-固耦合梯形电路的建模方法，其特征在于：所述的步骤S2.2中的对偶变换规则包括：

A1、任一两网孔节点只能通过磁路元件相连；

A2、每一磁路元件只能被一条连接线穿过一次；

A3、所有磁路的元件必须被连接线穿过；

A4、每一网孔节点至少被连接两次。

5.根据权利要求3所述的开关阀电磁铁动态特性电-磁-固耦合梯形电路的建模方法，其特征在于：所述步骤S2.2中的空气漏磁电感根据空气域的尺寸大小计算得到，具体有：

式中，N为线圈匝数，r为空气域的半径，μ₀为真空磁导率，h为空气域的高度。