一种多层螺线管模型的设计方法技术

本发明专利技术公开一种多层螺线管模型的设计方法，所述设计方法包括：建立多层螺线管的构型图，基于所述多层螺线管的构型图分别建立磁力矩器的磁矩数学模型、功耗数学模型、质量数学模型，通过所述磁矩数学模型、功耗数学模型和质量数学模型描述多层螺线管的三维数学模型。本发明专利技术解决了现有技术中螺线管模型在实际使用中精度低，求解过程较为复杂的问题。求解过程较为复杂的问题。求解过程较为复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多层螺线管模型的设计方法


[0001]本专利技术涉及螺线管模型
，更具体地，涉及一种多层螺线管模型的设计方法。

技术介绍

[0002]在物理学中，螺线管一般认为是单层空心或内部有金属芯的基本结构，广泛用于电磁领域。在卫星
，尤其在中低轨道空间，绝大多数卫星都配备一套非常重要的执行机构——磁力矩器，它是卫星姿态控制的主要执行部件之一，也是可靠度最高的部件。磁力矩器产生磁矩与所处的地磁场相互作用产生磁力矩，用于卫星姿态控制，通常与其他角动量交换装置(如飞轮)配合使用，卸载过饱和角动量。
[0003]目前，依据单层螺线管的设计原理无法最优化的完成星上磁力矩器的多目标设计要求，现有技术中都存在某种不足，专利文献CN 111460634A(申请号：202010194224.6)中公开了一种微小微星磁力矩器多目标设计方法，该设计方法虽阐述较为全面，但是并未推导出最重要的磁矩模型，使用精度较低而且解算过程很繁琐，CN 112926268A(申请号：202110261950.X)公开了一种用于扁平式结构卫星的磁力矩器的设计方法及磁力矩器组，针对扁平式应用场景规划了相应的设计程序，但仍存在使用精度较低的问题，且现有的螺线管三维模型可适用的范围普遍较小。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种多层螺线管模型的设计方法以解决现有技术中螺线管模型适用范围小，使用精度低，求解过程较为复杂的问题。
[0005]为了达到上述目的中的一个或几个，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]本专利技术提供一种多层螺线管模型的设计方法，所述设计方法包括：
[0007]建立多层螺线管的构型图；
[0008]基于所述多层螺线管的构型图分别建立磁矩数学模型、功耗数学模型、质量数学模型；
[0009]通过所述磁矩数学模型、功耗数学模型和质量数学模型描述多层螺线管的三维数学模型。
[0010]可选地，所述多层螺线管的构型图包括第一构型图和第二构型图，基于所述构型图选取用于推导所述磁矩数学模型、功耗数学模型和质量数学模型的模型参数，所述模型参数作为描述所述磁矩数学模型、功耗数学模型和质量数学模型的自变量。
[0011]可选地，若所述构型图为第一构型图，则选取l、r1、n1和r
w1
作为所述模型参数；
[0012]其中l为磁芯长度，r1为磁芯半径，n1为线圈往返绕制次数，r
w1
为漆包线内半径。
[0013]可选地，根据选取的模型参数推导线圈的总长度L
w1
[0014][0041][0042]式(9)中，ρ2为漆包线电阻率；
[0043]根据所述矩形线圈总电阻R2和施加在矩形线圈两端的电压U2推导矩形线圈中通过的电流I2[0044][0045]式(10)中，U2为矩形线圈供电电压；
[0046]根据平面几何原理推导平均截面积S2；
[0047]S2＝(L+4n2t2r
w2
)2‑
(4
‑
π)(r2+2n2t2r
w2
)2(11)
[0048]根据电流I2和平均截面积S2推导磁矩数学模型表达式
[0049][0050]式(12)中，为单层绕制匝数。
[0051]可选地，根据施加在矩形线圈两端的电压U2与线圈总电阻R2，推导功耗数学模型表达式
[0052][0053]可选的，根据矩形线圈总长度L
w2
推导质量数学模型表达式
[0054]m4＝πσ
w2
L
w2
(t2r
w2
)2＝2πσ
w2
Wn2t2r
w2
[π[r2+t2r
w2
+(n2‑
1)t2r
w2
]+2(L
‑
2r2)](14)
[0055]式(14)中，σ
w2
为漆包线的质量密度。
[0056]本专利技术的有益效果如下：
[0057]与现有技术相比较，本专利技术提供了一种多层螺线管模型的设计方法，综合考虑了实际工程应用与加工等约束情况，可依据不同技术要求给出相关指标的约束方程，本多层螺线管模型的设计方法可将磁芯更换为多种不同铁磁质材料不仅适用于第一构型图样式的求解，也适用于第二构型图样式的求解适用范围更广，其与现有模型相比精度更高，更贴合实际情况，求解更加方便。
附图说明
[0058]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明。
[0059]图1示出本专利技术的一个实施例中多层圆形螺线管的构型示意图。
[0060]图2示出本专利技术的一个实施例中为多层空心矩形螺线管的构型示意图。
具体实施方式
[0061]在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。
[0062]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0063]还需要说明的是，在本专利技术的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0064]为解决现有技术中存在的螺线管模型适用范围小，实际使用中精度低，求解过程较为复杂的问题本专利技术提供一种模型适用范围广，精度更高，求解更加方便的多层螺旋管模型的设计方法，该设计方法包括：
[0065]S1：建立多层螺线管的构型图；
[0066]S2：基于所述多层螺线管的构型图分别建立磁力矩器的磁矩数学模型、功耗数学模型、质量数学模型；
[0067]S3：通过所述磁矩数学模型、功耗数学模型和质量数学模型描述多层螺线管的三维数学模型；
[0068]步骤S1中的多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
m1＝πσ
c
lr
12
(6)公式(6)中，σ
c
为磁芯的质量密度；根据所述线圈总长度L
w1
推导线圈质量m2m2＝πσ
w1
L
w1
(t1r
w1
)2＝2π2n1lσ
w1
t1r
w1
(2n1t1r
w1
+r1)(7)公式(7)中，σ
w1
为线圈的质量密度；根据所述磁芯质量m1和线圈质量m2建立质量数学模型表达式7.根据权利要求2所述的多层螺线管模型的设计方法，其特征在于，若所述构型图为第二构型图，则选取L、W、r2和r
w2
作为所述模型参数；其中，L为矩形线圈内圈的宽度，W为排线宽度，r2为矩形线圈的倒圆角半径，r
w2
为漆包线内半径。8.根据权利要求7所述的多层螺线管模型的设计方法，其特征在于，根据选取的所述模型参数推导线圈的总长度L
w2
式(8)中，n2为线圈往返绕制次数，t2为漆包线外径与内径之比；根据公式(8)得出的矩形线圈总长度L
w2
推导线圈总电阻R2式(9)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：付志明，孙鹏飞，辛星，郭聪，
申请(专利权)人：航天科工空间工程发展有限公司，
类型：发明
国别省市：