[发明专利]电磁开关操动机构磁链及吸力特性间接测量方法

权利要求书

1.一种电磁开关操动机构磁链及吸力特性间接测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：采用动铁心锁紧法及电流闭环控制对电磁开关静态磁链特性进行间接测量；

步骤S2：利用测得的静态磁链特性数据求解磁共能；

步骤S3：利用磁共能数据得到电磁开关的静态吸力；

所述动铁心锁紧法是将动铁心顶部端面与外部框架之间及动、静铁心气隙之间嵌入多层云母薄片，以将动铁心锁死，使动铁心位移不受电磁吸力及弹簧反力的影响；通过调整嵌入云母薄片的层数，来调节动、静铁心间气隙的大小，得到不同的动铁心固定位移；

所述电流闭环控制采用电磁机构驱动电路配合高频PWM电流闭环控制实现；所述电磁机构驱动电路的交/直流输入电源经整流桥B₁整流和输入电容C₁滤波后得到直流电，并由MOS管S₁和S₂、快恢复二极管D₁和D₂组成PWM控制电路；电磁机构激磁线圈Coil的一端连接在MOS管S₁和快恢复二极管D₁之间，另一端连接在MOS管S₂和快恢复二极管D₂之间；当MOS管S₁、S₂同时导通时，电磁机构驱动电路处于励磁状态，此时电磁机构激磁线圈Coil两端电压为左正右负；当MOS管S₁截止、MOS管S₂导通时，电磁机构驱动电路处于续流状态，此时电磁机构激磁线圈Coil两端电压为左负右正；当MOS管S₁、S₂同时截止时，电磁机构驱动电路处于退磁状态；

电磁开关在运动过程中满足如下动态微分方程组：

其中：u_coil为线圈电压，i_coil为线圈电流，R_coil为线圈电阻，ψ为电磁系统磁链，F_x为电磁吸力，F_f为弹簧反力，m为可动部分等效质量，v为动铁心速度，x为动铁心位移；式(1)为磁路的电压平衡方程，式(2)、(3)为机械运动方程；

将式(1)改写成积分形式，获得磁链值的表达式：

其中，t表示时间，const表示常数；

在步骤S1中，根据式(4)进行电磁开关静态磁链间接测量，并采用式(5)在每次测量前对线圈电阻进行校正；

其中，U_c为电容C₁电压，为已知的固定占空比，线圈电流i_coil采用动铁心锁紧法并通过固定占空比的线圈电压测量获得；

在步骤S1中，进行电磁开关静态磁链间接测量具体包括以下步骤；

步骤S11：控制线圈电流从0开始，上升至设定值，采集这一过程中的u_coil、i_coil，并结合R_coil，通过积分器的积分，计算出ψ；

步骤S12：在同一固定气隙下，改变电流设定值，重复步骤S11，从而得到在同一固定气隙下一系列不同电流的静态磁链数据；

步骤S13：改变固定气隙大小，重复步骤S12，从而得到不同动铁心位移下的一系列磁链曲线，完成ψ(i_coil,x)数据的间接测量；

步骤S2通过式(6)构建电磁开关磁共能的求解模型：

在固定气隙x₀下，线圈通入i_coil0电流时，电磁机构的磁共能W_F′计算公式如下：

在步骤S2中，采用步骤S1已经测得的静态磁链数据构建插值表格，通过已知的电磁开关的电流、位移，求解磁链；磁共能的求解过程分为内外两个循环：在内循环中动铁心位移x为一常值，线圈电流呈斜坡变化，变化的i_coil及恒定的x输入插值表格，经插值计算后输出ψ，斜坡电流同时经数值微分计算后得到电流变化率di_coil，di_coil与ψ按照式(6)进行数值积分计算，得到该动铁心固定位移下，线圈通一系列电流时的磁共能曲线；在外循环中动铁心位移x同样进行斜坡变化，每次外循环中产生一个固定值输入内循环，最终完成一系列动铁心位移下，通一系列线圈电流时的磁共能曲线；

在步骤S3中，通过式(7)构建电磁开关电磁吸力求解模型计算电磁开关的静态吸力：

恒定的线圈电流下，磁共能与电磁吸力F_x的关系如式(7)所示：

在步骤S3中，采用步骤S2已经计算得到的磁共能数据构建插值表格，通过已知的电磁开关的电流、位移，求解磁共能；电磁吸力的求解过程分为内外两个循环：在内循环中i_coil为一常值，x呈斜坡变化，变化的x及恒定i_coil输入插值表格，经插值计算后输出W_F′，斜坡x同时经数值微分后得到位移变化率W_F′经数值微分后得之后按式(7)便可求得特定线圈电流下，动铁心处于一系列位移处的电磁吸力F_x；在外循环中i_coil同样进行斜坡变化，每次外循环中产生一个固定值输入内循环最终完成一系列线圈电流下，动铁心处于一系列位移处的电磁吸力曲线。