[发明专利]一种考虑涡流效应的高速电磁执行器动态性能计算方法

说明书

本发明的目的在于提供一种考虑涡流效应的高速电磁执行器动态性能计算方法，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A区、B区、C区、D区上涡电流、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，计算电磁执行器磁通φ，计算电磁力，求解电磁执行器的衔铁运动方程，输出衔铁升程随驱动时间变化的曲线，获得电磁执行器的开启响应时间和关闭响应时间。本发明可实现不同高速电磁执行器动态性能的精确预测，该方法可以实现和机械运动场、液压场等多物理的耦合计算，从而在真正意义上实现液压系统中高速电磁执行器的预测计算。

技术领域

本发明涉及的是一种电磁执行器，具体地说是电磁执行器性能计算方法。

背景技术

高速电磁执行器是液压系统中的核心部件，通过控制高速电磁执行器控制油路的切开或是连通，从而实现既定的液压系统运动规律。尽管采用三维电磁有限元软件可以开展电磁执行器的设计，但计算时间过长，并且只能进行不考虑液力环境下的“干阀”动态特性计算分析，无法准确预测高速电磁执行器在液压系统的“液力环境”内的工作特性。发明专利《一种减少高速开关电磁阀关闭时延的控制方法》(授权公告号CN110094565B，授权日期2020.08.07)公开了一种减少高速开关电磁阀关闭时间的控制方法，根据电磁阀在工作中的响应需求，通过在电磁阀打开时的不同时段，控制器输出占空比不同的PWM信号控制电磁阀的关闭，从而实现缩短开关电磁阀的关闭时间。这种方法对工程应用是有价值的，但无法指导电磁阀的预测设计。中国发明专利《一种高速电磁阀动态响应特性多目标优化方法》(申请号CN201910594428.6，申请日20190703)提供了一种高速电磁阀动态响应特性的多目标优化方法，通过采用静态特性实验得到的电磁力试验数据，采用多项式拟合方法，间接得到连续气隙和电流变化下电磁力数值，并基于遗传算法实现参数的优化。然而，这种方法由于需要提前进行电磁阀样件电磁力的测试，导致提出的方法无法真正实现电磁阀高响应特性的预测设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单且计算精度高的一维的考虑涡流效应的高速电磁执行器动态性能计算方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种考虑涡流效应的高速电磁执行器动态性能计算方法，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；

(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：