混合励磁开关磁阻电机转矩特性多目标优化

针对开关磁阻电机低功率密度和低材料利用率的问题,为了进一步提高电机的转矩特性,设计了一台航空用三相12/10极混合励磁开关磁阻电机并对其转矩特性进行多目标优化。首先对新型电机的结构及其电磁转矩原理进行分析,然后进行电机设计,并选取设计变量,最后基于混沌粒子群算法与响应表面法对电机的平均转矩和转矩脉动进行多目标优化。仿真结果表明优化后电机的平均转矩提高了4.78%,转矩脉动减少42%,在保持较大的平均转矩情况下大幅度减少转矩脉动,实现了平稳起动过程。结论是混沌粒子群算法与响应表面法相结合的优化方法适合于新型电机的设计与优化过程,该方法可显著节约优化时间,提高效率,保证了求解精度,提高了全局寻优能力。     

开关磁阻电机结构参数对转矩波动的影响

转矩波动是开关磁阻(SR)电机的主要缺点之一,是SR电机噪声的主要根源。本文利用非线性方法全面计算和分析了电机结构参数对转矩波动的影响,为合理设计SR电机提供了理论依据。     

前后轴双电机电动汽车转矩分配优化策略

针对前后轴双电机电动汽车的效率提升问题,在对前后轴双电机方案效率特性研究的基础上,设计了基于电机效率最优和基于电池效率最优的前后轮双电机转矩分配方法。研究发现这两种效率最优的方法在转矩分配上存在冲突现象,因此,采用一种多目标粒子群优化算法求得同时兼顾电机效率和电池效率的最优策略,从而避免两种策略同时工作时出现的竞争现象。仿真和实验结果表明,采用多目标粒子群优化算法的前后轴双电机转矩分配方案可以提高电动汽车的系统效率和续航里程。整车动力学分析表明,采用多目标粒子群优化算法的前后轴双电机转矩分配方案不会对整车的稳定性和平顺性产生影响。     

低转矩脉动同步磁阻电机设计与优化

同步磁阻电机利用其直、交轴磁路磁阻不同而产生磁阻转矩,转子结构简单且避免了稀土永磁材料的使用,电机的加工和制造成本明显降低,但是存在转矩脉动大、功率因数低及效率有待提升的不足。为此,重点开展降低同步磁阻电机转矩脉动且提高其功率因数和效率的电机设计及多目标优化设计研究。首先利用转子不对称结构降低电机的转矩脉动并完成低转矩脉动同步磁阻电机设计,然后基于田口实验法确定电机优化变量,再基于遗传算法兼顾实现转矩脉动、功率因数和效率的多目标优化且通过电机的有限元分析(FEA)验证低转矩脉动同步磁阻电机设计和多目标优化设计方案的合理有效性。     

新型开关磁阻电机优化设计

为降低开关磁阻电机转矩脉动以及提高转矩出力,提出一种在定转子齿上依次开槽的优化设计方案,对所开槽进行参数化处理,使用控制变量法分析各个开槽参数对性能指标的影响,以性能指标最优为目标选取参数,并利用有限元方法分析了电流转矩特性验证效果。由于该方案无法对多个开槽参数协同优化,因此进一步提出方案二,即借助多学科优化工具optiSLang,使用多目标粒子群算法对开槽参数进行全局优化,得到Pareto最优解集后再使用TOPSIS法客观地从中选取出全局最优解。优化后,与未开槽时相比,转矩脉动下降了32.347%,平均转矩上升了12.594%,效果令人满意。     

考虑运行工况的模块化双永磁游标电机多工作点优化设计

双永磁游标电机基于双向磁场调制效应原理运行,在转矩密度提高的同时,存在电机损耗较大的问题。采用传统以电机额定点为优化对象的优化方法,仅能提升额定工作点的性能,难以保证电机实际运行工况下多个工作点高效运行的需求。为此,该文提出考虑运行工况的电机多工作点优化方法,设计了低损耗模块化双永磁游标电机。采用K聚类法精确提炼代表工作点及其权重,为了使优化过程更加高效化,采用灵敏度分析法将变量分区定性优化减少设计空间,结合响应面法与具有高收敛性的基于变异算子的多目标差分进化算法确定高敏参数的全局最优解,从而实现运行工况下高效准确的电机参数优化。仿真与实验结果验证了设计方法的有效性。     

基于遗传算法的车用永磁电机转子尺寸多目标优化设计

新能源汽车(NEV)驱动电机对于转矩密度、功率密度、转矩脉动、振动噪声和高效率区间等参数有着较为严格的性能要求。转子拓扑及其结构尺寸直接影响电机的磁场大小、磁场分布和谐波磁场含量,对于汽车电机性能起着重要影响。针对该类电机多工况多性能参数的特点,利用有限元软件建立主要工况的电磁场计算模型,确定需要优化的转子结构尺寸。根据车用电机的主要性能指标,以转矩脉动、齿槽转矩、气隙反电动势谐波畸变率和输出转矩作为优化目标,根据不同工况性能需求定义目标函数,选择遗传算法作为多目标优化设计算法,再根据优化计算结果进行方案筛选,最终确定电机的最优转子尺寸。该优化设计方法可快速确定车用永磁电机的最优电磁设计方案,丰富了该类电机的高效优化设计途径。     

开关磁阻电机转矩脉动及结构优化设计研究

以轮毂电机为动力的四轮独立驱动电动车是电动车未来的发展方向之一。开关磁阻(switched reluctance)电机因为输出扭矩大,性能可靠等特点而成为较理想的驱动电机。针对SR电机输出转矩脉动大,影响电动汽车运行的舒适性和操纵稳定性的问题,深入分析了SR电机转矩脉动产生的原因,提出了相应的优化设计方案,并采用粒子群算法对设计参数进行了优化。研究结果表明:经改进设计以后,在激励电流为10 A时,SR电机的转矩脉动减少了21.42%;在激励电流为20 A时,转矩脉动减少24.32%,对改善四轮独立驱动电动汽车的舒适性和操纵稳定性具有重要意义。     

实现感应电机宽范围最大转矩控制的电流优化策略

针对广泛应用于数控机床主轴驱动系统中的交流感应电机,提出了一种新的宽范围运行的电流优化控制策略。根据感应电机在不同速段的转矩特性,充分考虑逆变器的输出电压限制、电机本体的电流约束条件及最大转差频率限制,以输出最大转矩为目标,得出了全速范围内的最优电流控制轨迹和感应电机宽范围转矩输出最大化的电流优化分配指导原则。在此基础上,设计了一种工程实现算法,依据电机实际运行的状态变量实现恒转矩区、恒功率区与恒电压区的快速平滑过渡,完成了对最优电流控制轨迹的逼近。实验结果证明了提出方法的有效性,可以实现感应电机宽范围运行的最大转矩输出,并且使系统具有较快的动态响应性能。     

基于试验设计方法的无刷直流电机结构优化设计

齿槽转矩是永磁电机的固有现象,造成电机转矩脉动,影响电机的在速度控制系统中的低速性能和位置控制系统中的高精度定位。本文利用响应面法对无刷直流电机的结构进行优化,抑制其齿槽转矩,从而提高控制系统性能。以一台4极6槽无刷直流电机作为研究对象,采用试验设计方法筛选电机各结构参数,得到电机齿槽转矩与主要结构参数之间的数学模型,计算出可使齿槽转矩最小的结构参数最优组合,并通过有限元方法验证计算结果的正确性。实验结果表明,优化后的无刷直流电机的齿槽转矩有效减少了90%,试验设计方法是可以迅速求得全局最优解的有效的电机优化方法。     

开关磁阻电机多目标协同优化设计

针对开关磁阻电机存在多变量、强耦合、高非线性等特点以及传统方法较难快速而准确地获得其最优设计方案的问题,引入了多目标协同优化设计方法。对协同优化算法进行了改进,提出了新型动态松弛因子法以及最优保留策略,在保证算法收敛性的同时,提高了其收敛速度及精度。以效率及转矩脉动为目标,利用改进型协同优化算法对开关磁阻电机的初始设计方案进行了优化,得到了关键几何尺寸和控制参数的全局最优取值。针对优化方案功率密度和热负荷较高的问题,设计了一个定、转子双水冷系统,并通过集中参数热网络模型证明了电机主要部位温度在工程允许范围之内。分析结果表明,改进型协同优化算法的引入达到了提升电机效率并降低其转矩脉动的目的。     

一种新型四相SR电机功率变换器的分析与设计

功率变换器是开关磁阻电机调速系统(SRD)中的重要组成部分,现有的各种功率变换器都存在着种种问题和不足,关键是不能保证较好的性能价格比。通过对两种常用的四相开关磁阻电机(SR)功率变换器主电路的分析,优化和综合常用的主电路,给出了目前最优的四相SR电机功率变换器主电路型式,即最少主开关型,提高了经济性和实用性。结合研制实践,介绍了5.5kW的SR电机新型功率变换器的实际电路、主要器件及其定额的选择。该方案已成功地通过了实验应用,结合降低SR电机转矩波动的有效手段,实现了电机实时双相绕组通电稳定运行。     

基于多目标遗传算法的表贴式无轴承永磁电机优化设计

为了改善表贴式无轴承永磁电机的悬浮力和转矩的性能，提出了一种结合多目标遗传算法的响应面法，对电机结构进行优化设计。首先，构建优化目标的响应面，并得到优化目标的回归方程；其次，利用多目标遗传算法对优化目标的回归方程进行寻优，得到了理想的悬浮力、悬浮力脉动和转矩；最后，对多目标优化得出的最优结果进行有限元分析，验证了该优化算法的可行性。     

开关磁阻电机设计及多目标优化方法

绕组电流的非正弦性以及铁心磁通密度的高饱和性给开关磁阻电机(SRM)设计造成了极大困难,传统设计方法过程繁琐、专业性要求高且难以获得最优方案。本文首先利用传统方法得到了SRM初始设计方案,并通过敏感性分析揭示了各主要几何尺寸对电机性能的影响模式。然后,从收敛速度及全局精度出发,对遗传算法进行了改进。在此基础之上,以效率和转矩波动为目标函数,对初始方案进行了优化,得到了关键尺寸和控制参数的全局最优解。本文的研究对SRM设计及优化具有一定的参考价值。     

基于KELM-SAPSO的开关磁阻电机优化设计

开关磁阻电机由于其双凸极结构和铁芯磁通密度的高度饱和性,使得建立准确的非线性模型极其困难,传统的设计方法难以设计出最优方案。为了优化在起动过程中开关磁阻起动/发电机的转矩特性,缩短起动时间,首先采用传统设计方法设计了一台开关磁阻电机,并且选取了设计参数;然后针对非参数建模结构简单,容易辨识的特点利用核极限学习机进行非参数建模;最后使用模拟退火粒子群算法对平均转矩和转矩脉动进行多目标寻优。仿真结果表明,建立的非参数模型拟合精度高,优化后电机的平均转矩增加了3.95 N·m,转矩脉动减少0.23。仿真实验表明,核极限学习机和模拟退火粒子群相结合的算法适合于电机的设计与优化过程,具有参数设置少、泛化能力强、不易陷入局部最优解、耗时较少等优点。     

用于飞轮储能系统的轴向分相电机的电磁分析与优化设计

针对轴向分相电机参数优化问题,在分析电机基本电磁特性的基础上,探究一种关键结构参数提取及其优化设计方法。首先,通过有限元分析探究电机悬浮及转矩性能与结构参数间的一般规律,并基于所得各结构参数的变化曲线进行敏感度分析,获取待优化的关键结构参数。其次结合极限学习机学习速度快、建模精度高的优点,构建多目标统一优化模型。然后以改善平均悬浮力及转矩性能为优化目标,利用粒子群算法进行全局寻优以获得最优参数配置。有限元仿真结果表明,优化后电机的悬浮力和平均转矩分别提高了10.07%和6.67%,验证了所述优化方法的有效性。     

基于多目标遗传算法的电机噪声优化

基于J-MAG软件建立了多目标优化有限元模型,将定转子冲片拓扑结构中影响电机性能的关键尺寸、位置进行参数化;采用软件内嵌的遗传优化算法,进行了电机单目标性能的优化,将转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩作为本次电机优化的目标函数;分析了不同性能指标之间的关联性。通过各指标加权,综合考虑转矩脉动、输出转矩、齿槽转矩对电机振动噪声性能的影响,得出最优的设计方案;通过对比实验,验证了该优化方案的有效性。     

电动车用开关磁阻电机驱动系统多指标同步优化

为了提高电动汽车用开关磁阻电机综合性能,在获得开关磁阻电机磁链特性曲线的基础上建立了其非线性动态模型;以改善平均转矩,降低转矩脉动,提高电机效率为目标,提出了一种多指标同步优化开关角度的方法,建立了最优开通角、关断角与转速、负载转矩之间的函数关系;设计了基于可变开通角、关断角的驱动系统优化控制器;定义了均方根电流比例系数、转矩平顺度比例系数和等效功率比例系数3个概念,将多指标同步优化策略与平均转矩最优化策略进行了对比分析,分析及实验结果表明:利用多指标同步优化开关角度的方法建立的转矩优化控制器能很好地平衡平均转矩、转矩脉动和电机效率3个参数指标,达到了优化开关磁阻电机转矩动态特性的目的。     

汽车天窗电机设计参数对齿槽转矩影响及优化

提出天窗电机主要参数对齿槽转矩影响分析及其电磁优化设计模型研究.在阐述天窗电机基本结构和齿槽转矩产生机理基础上,以某汽车天窗电机为例,针对极槽配合和极弧系数设计以及转子静态偏心时的电机齿槽转矩进行计算,得到电机主要设计参数对电机齿槽转矩大小的影响规律.最后,以天窗电机齿槽转矩最小为目标,建立基于遗传算法的电机优化设计模型,获得了最优槽口宽、极弧系数和斜槽个数的设计方案,优化后的齿槽转矩明显小于原始设计方案.     

基于改进布谷鸟算法轴向磁场磁通切换永磁电机优化设计

轴向磁场磁通切换永磁电动机是一种基于磁通切换原理的定子型永磁电机。它具有轴向尺寸短、转矩密度大、效率高等优点。为了减小涡流损耗与空载反电动势总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD),本文基于改进布谷鸟算法多目标优化设计AFFSPM电机。首先基于功率方程初始设计电机,接着通过改进后的布谷鸟算法对电机涡流损耗与空载反电动势THD进行优化。最后建立优化前后的电机三维有限元分析模型,对比分析优化前后电机的性能,结果证明该优化方法的有效性与正确性。本文提出的改进布谷鸟算法不仅能够快速实现全局寻优,而且可根据决策者偏好筛选最优解,求解精度和效率高。