PDF《电力活塞式电动机电磁驱动系统》

② 忽略磁铁的漏磁及 边缘效应;

③ 铁芯的磁导率各向同性,不计磁滞效应,同时忽略涡效应流;

④ 视永久磁铁的性能参数为常 数. 电磁驱动结构采用的是直流通电形式,磁芯本身损耗小,故用圆柱形永磁体影响不大. 在上述假设下, 电磁驱动系统的磁路模型如图3 ( b ) 所示. 上述模型系统参数见表1. 表1 电磁驱动系统参数 符号 定义单位 符号 定义单位 U( t) 线圈两端电压 V S1 电磁铁基体有效横截面积 m

2 i( t) 线圈输入电流幅值 A S2 永磁体活塞有效横截面积 m

2 h1 电磁铁基体的有效厚度 m μr 永磁体相对磁导率 h2 永磁体活塞的有效长度 m N 绕组线圈匝数 R1 电磁铁基体的内部磁阻 Ω μ0 真空磁导率 H / m R2 永磁体活塞的内部磁阻 Ω c 初始气隙 m RC 极处气隙的磁阻 Ω HC 磁轭矫顽力 k A / m 对等效磁路模型进行分析,有Rc = x( t) μ0 S2 (

1 ) R1 = h1 S1 μp m = h1 S1 μr μ0 (

2 ) R2 = h2 S2 μp m = h2 S2 μr μ0 (

3 ) Um =? Rm (

4 ) 图3 电磁驱动系统的模型 式中, μr = μp m μ0 ,为永磁体的相对磁导率;

x( t)为电磁永磁混合驱动系统与永磁体活 塞的距离, x( t) =x1( t) +c, c 为活塞位于 上止点位置时与电磁永磁混合驱动系统 的 距离. 由图3( b) 所示的等效磁路模型,根据 磁路的欧姆定律,计算气隙磁路磁通: ?1( x, i) = μ0 S1( N i+Hc h1) x( t) + h1 μr (

5 ) 气隙磁密为 B1 = ?( x, i) S1 = μ0( N i+HC h1) x( t) + h1 μr (

6 ) 电磁铁绕组回路的电压方程为 U( t) =R i( t) + d d t N ?( x, i) [ ] = R i( t) +Li d i( t) d t -

2 μ0N S( N i+HC h1) x( t) +h / μr ( )

2 d x( t) d t (

7 )

2 ?

2 发动机活塞部件受力分析 发动机的工作机构采用中心式曲柄连杆机构,其气缸中心线通过曲轴的旋转中心,活塞在电磁永磁混 合驱动系统产生的电磁力作用下做往复直线运动,并通过连杆将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运

3 第2期 赵景波,等:电力活塞式电动机电磁驱动系统数学模型及特性分析 动. 在分析活塞动力学、运动学的同时,近似地认为曲轴作匀速旋转运动,如图4所示,将活塞作为隔离 体,分析其受力情况. 图4模型系统参数见表2. 表2 活塞组参数 符号 定义单位 符号 定义单位 FM 混合驱动系统对活塞的作用力 N x1( t) 活塞位移 m Pj 活塞的往复惯性力 N β 连杆摆角 r a d Ft 连杆对活塞销的推力 N mj g 活塞组重力 N Fr 汽缸壁对活塞销的侧向力 N a 活塞组加速度 N / m

2 图4 活塞受力简图 对发动机活塞部件受力进行分析:

1 )在t时刻的电磁驱动系统得电后瞬时排斥力FT( x, i) 为FT( x, i) =

1 2 B2

1 S1 μ0 =

1 2 μ0 S1 N i+HC h1 x( t) + h1 μr é ? ê ê ê ù ? ú ú ú

2 同理:永磁体活塞与电磁驱动系统的瞬时排斥力FL( x) 为FL( x) =

1 2 B2

2 S2 μ0 =

1 2 μ0 S2 HC h2 x( t) + h2 μr é ? ê ê ê ù ? ú ú ú

2 所以电磁驱动结构与永磁体活塞之间的排斥力FM 为FM =FT( x, i) +FL( x) =

1 2 B2

1 S1 μ0 +

1 2 B2

2 S2 μ0 =

1 2 μ0 S1 N i+HC h1 x( t) + h1 μr é ? ê ê ê ù ? ú ú ú

2 +

1 2 μ0 S2 HC h2 x( t) + h2 μr é ? ê ê ê ù ? ú ú ú

2 (

8 ) 式中, Li = μ0N2 S1 x( t) + h1 μr ,是气隙为x( t)时的线圈电感.

2 )活塞的往复惯性力为 Pj=-mj a=-mj R w2 c o s α-mj R w2 λ c o s

2 α (

9 ) 式中α 按近似式;

mj 为作往复运动的活塞组质量;

ω 为曲轴的角速度;