[发明专利]储能涡卷弹簧实时转动惯量的获取方法

摘要

一种储能涡卷弹簧实时转动惯量的获取方法，所述方法将涡簧的储能过程分为四个阶段第一阶段为加装外盒后未储能时的初始阶段；第二阶段是缠绕于外盒内壁的簧片向自由状态的转变阶段；第三阶段是缠绕于外盒内壁的簧片完全释放后，自由状态的涡簧在主轴上缠绕的阶段；第四阶段为簧片全部缠绕于主轴上后的储能完成阶段，然后分别确定涡簧在四个阶段的实时转动惯量。本发明根据涡簧在储能过程中的形状变化分阶段计算其转动惯量，可精确获取机械弹性储能系统用涡卷弹簧的实时转动惯量，为实现电机转速的高精度控制创造了有利条件。

主权项

一种储能涡卷弹簧实时转动惯量的获取方法，其特征是，所述方法将涡簧的储能过程分为四个阶段：第一阶段为加装外盒后未储能时的初始阶段；第二阶段是缠绕于外盒内壁的簧片向自由状态的转变阶段；第三阶段是缠绕于外盒内壁的簧片完全释放后，自由状态的涡簧在主轴上缠绕的阶段；第四阶段为簧片全部缠绕于主轴上后的储能完成阶段，然后分别确定涡簧在四个阶段的实时转动惯量，各阶段转动惯量的确定方法如下：第一阶段下涡簧的实时转动惯量J1由下式确定：J1=ρbh31+1m2(rb13-rA3)+πρb2(rC4-rb14);]]>其中，rb1为第一阶段下自由长度涡簧与缠绕于外盒内壁涡簧的分界点所对应径向半径,rb1=hπ1+1m2+h2π2(1+1m2)-4[hLoπ+hπ1+1m2(2rS+h2)-(2rW-h2)2]2;]]>其中，ρ、b、h分别为涡簧材料的密度、宽度和厚度；m是指涡簧型线的形状系数；rA为簧片厚度的一半加上主轴径向半径；rC为外盒内壁的径向半径减去1/2的簧片厚度；Lo为涡簧全长；rS为主轴径向半径；rW为外盒内壁的径向半径；第二阶段下涡簧的实时转动惯量J2由下式确定：J2=J1+πρb2(rj24-rA4)+ρbh31+1m2(rb13-rf23)+πρb2(rb24-rb14);]]>其中，rb2为第二阶段下自由长度涡簧与缠绕于外盒内壁涡簧的分界点所对应径向半径，θ是极坐标下的角度坐标，此阶段下rj2为第二阶段下自由状态涡簧与缠绕于主轴状态涡簧的分界点所对应径向半径，rf2为第二阶段下处于自由状态涡簧的径向半径；rj2=hπ1+1m2+h2π2(1+1m2)-4(hπ1+1m2rb2-rA2-hπLo+rC2-rb22)2;]]>rf2=rb1-πh(rb22-rb12-rj22+rA2)1+1m2;]]>第三阶段下涡簧的实时转动惯量J3由下式确定：J3=Jp2m+Jf2m+πρb2(rb34-rj2m4)+ρbh31+1m2(rj2m3-rj33);]]>其中，Jp2m、Jf2m分别表示第二阶段完成时刻处于自由状态和缠绕于主轴状态涡簧的转动惯量值，rb3为第三阶段下自由长度涡簧与缠绕于外盒内壁涡簧的分界点所对应径向半径，rj3为第三阶段下自由状态涡簧与缠绕于主轴状态涡簧的分界点所对应径向半径,rj2m是第二阶段完成时刻自由长度状态涡簧与缠绕于主轴状态涡簧的分界点所对应的径向半径,此阶段下rfs=hπLo+(2rS+h2)2-h22π2-12h4π4+4h2π2[(2rW-h2)2-(2rS+h2)2-hLoπ];]]>rb3=hπ1+1m2(rj3-rj2m)+rj2m22;]]>第四阶段下涡簧的实时转动惯量J4由下式确定：J4=πρb2(rj44-rA4)+ρbh31+1m2(rC3-rj43);]]>其中，rj4为第四阶段下自由状态涡簧与缠绕于主轴状态涡簧的分界点所对应径向半径,