[发明专利]车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法

摘要

本发明公开了一种车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，该馈能悬架系统由该圆筒形永磁直线电机与阻尼器并联安装构成，本发明基于馈能悬架的动力学模型和电输出模型，提出了以确保馈能悬架系统固有悬架特性、高馈能发电特性为约束条件的电机结构参数优化设计模型，通过求解该模型实现馈能悬架系统中圆筒形永磁直线电机结构参数的正向设计。该方法能够在制作样机前确保馈能悬架优异的悬架性能和电输出性能，通用性强、易于实施。

主权项

1.车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立含圆筒形永磁直线电机结构参数的馈能悬架系统动力学模型和电输出模型，包括电机电磁力—输出电压—位移模型、被动/半主动悬架动力学模型；

(2)建立馈能悬架系统动力学模型和电输出模型，所述的馈能悬架系统动力学模型通过“四分之一”馈能悬架系统动力学方程组建立；

(3)求解电机结构参数约束条件，并推导电机性能评价函数；

(4)电机结构参数设计优化。

2.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，步骤(1)所述的电机电磁力—输出电压—位移模型、被动/半主动悬架动力学模型方程组如下：

其中，表示馈能悬架动力学模型二阶微分方程组，x_i表示路面激励，x_u表示非簧载质量相对位移，x_s表示簧载质量相对位移，F_d表示阻尼器阻尼力，F_m表示电机电磁力；G表示圆筒形永磁直线电机绕组微分方程，i_s表示绕组电流，Ψ_s表示空载磁链，L_s表示绕组电感矩阵，R_s表示绕组内阻，R_L表示电机负载。

3.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，步骤(1)所述的建立含圆筒形永磁直线电机结构参数的馈能悬架系统动力学模型和电输出模型，并且保持馈能悬架系统固有悬架特性以及高馈能发电特性下的电机结构参数约束条件求解，推导求解悬架性能评价方程和绕组最大功率点表达式，得到电机结构参数约束条件，所述的约束条件表达式如下：

其中F_s表示悬架性能特性评价函数，B₁、B₂表示悬架性能约束边界；P_m表示绕组最大输出功率点。

4.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，在圆筒形永磁直线电机结构参数约束条件下的设计优化，以绕组最大功率输出点表达式为目标函数，悬架性能评价方程为控制方程，结构参数约束条件转化为最

优值问题，所述的最优问题表达式如下：

min{‑P_m}

s.t.B₁≤F_s≤B₂

进而应用最优化方法求得电机结构参数。

5.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，步骤(1)建立的圆筒形永磁直线电机解析模型为圆筒形永磁直线电机电磁力—输出电压—位移解析模型，通过求解柱坐标系下圆筒形永磁直线电机磁矢方程，求得含电机结构参数的绕组空载磁链、绕组电感矩阵、轴向电磁力，其中电磁力与输出电压定义如下：

其中A＝(0 A_θ 0)表示柱坐标下磁矢，A_θ表示磁矢在柱坐标系下的θ方向分量，J表示绕组电流密度，Ψ_s表示空载磁链。

6.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，步骤(2)所述的“四分之一”馈能悬架系统动力学方程组如下：

其中k_s表示弹簧刚度系数，k_t、c_t分别表示轮胎的刚度系数、阻尼系数。

7.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，步骤(2)中圆筒形永磁直线电机的电输出方程为：

其中Ψ_t表示定子绕组在激励电流密度J_t下的绕组磁链，i_t表示J_t对应的绕组电流。

8.根据权利要求1所述的车辆悬架馈能发电用圆筒形永磁直线电机正向设计方法，其特征在于，步骤(2)中求解馈能悬架系统动力学方程组时，将簧载/非簧载质量位移解代入悬架固有特性约束不等式中求解电输出方程最大输出功率点，所述的悬架固有特性约束不等式如下：

所述的电输出方程最大输出功率点为：

P_m＝P