基于改进粒子群算法的开关磁阻电机本体优化

针对开关磁阻电机多变量、高非线性以及传统设计过程无法快速而准确获得最优方案的问题,提出一种基于Kriging模型和改进粒子群算法的参数优化策略。首先建立多目标优化模型,采用田口正交方法进行敏感性分析,依据灵敏度大小将优化变量分为两个子空间;其次为提高多目标粒子群算法的收敛速度和全局寻优精度,引入天牛须搜索算法中环境感应机制和遗传算法中交叉变异策略;最后建立Kriging模型,利用改进粒子群算法对两个子空间参数进行迭代寻优。实验结果表明,优化后的转矩脉动减少23%,平均转矩提高2.3%,在大幅度减少转矩脉动情况下保持了较大平均转矩。结论是改进的粒子群算法与Kriging模型相结合策略适用于开关磁阻电机优化过程,可显著提高优化效率,保证求解精度。     

基于Taguchi方法的表面-内置式永磁同步电机多目标优化设计

针对表面-内置式永磁同步电机强耦合、多变量以及非线性的特点,引入Taguchi方法对一种新型的表面-内置式永磁同步电机进行多目标优化设计。选取转矩脉动系数、齿槽转矩、反电势谐波畸变率以及单位质量永磁体产生的转矩作为优化目标,并通过有限元软件分别对电机额定状态及空载状态进行仿真分析,选取对优化目标影响较大的参数作为优化参数。首先,根据所选取的优化参数的个数以及各参数的水平数建立正交表,并对正交表中的各种情况进行有限元仿真;然后,分析仿真结果从而确定最优方案;最后,对电机最优方案进行有限元仿真,优化后电机仿真结果与优化前电机比较验证所提方法的有效性。     

电励磁双定子场调制电机的多目标优化设计分析

电励磁双定子场调制电机适用于低速大转矩直驱应用场合,融合了双定子电机理论和磁场调制电机理论,具有转矩密度高和控制灵活等优点。针对该电机双层气隙、双定子的复杂结构以及含有丰富的谐波磁场,利用有限元软件建立其结构参数模型,以高转矩密度和低转矩纹波为优化目标,基于敏感性分析对关键尺寸参数进行敏感度分层,并根据参数敏感度层次将基于遗传算法的多目标优化分析以及响应面法和单参扫描法等多种优化方法相结合,最终确定电机的最优结构尺寸参数。基于二维有限元法对所提电机的空载感应电动势、定位力矩、电磁转矩等电磁性能进行分析计算,并通过样机实验验证了基于参数敏感度分层的多目标优化设计方法的有效性和有限元分析的正确性,丰富了该类结构复杂的场调制电机的高效优化设计途径。     

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。     

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。     

少稀土非对称永磁电机的分层多目标优化分析

针对传统稀土永磁电机稀土材料用量高、永磁磁场不易调节问题,本文提出了一种少稀土非对称混合永磁电机,采用两种不同永磁材料励磁以降低稀土永磁材料的用量,混合永磁材料的非对称放置结构设计以改善电机的电感性能,提升电机弱磁升速性能。针对该电机相对复杂的结构,提出基于参数敏感度的分层多目标优化设计。对电机进行了参数化建模,建立包含转矩、转矩脉动、反凸极比和铁耗的多优化目标函数。通过参数敏感度分析对众多尺寸参数进行分层筛选,针对主敏感参数采取多目标遗传算法优化,而次敏感参数则采用响应面与多目标自适应优化结合的方法确定电机最优的尺寸参数,并对电机优化前后的电磁性能进行了分析比较,验证了优化方法的可行性,为该类复杂结构电机性能的改善提供了更加丰富的优化设计方法。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于复合算法的内置式永磁同步电机的优化设计

内置式永磁同步电机具有输出转矩大,过载能力强,功率密度高等优点,广泛的应用于电动汽车驱动领域。由于内置式永磁同步电机存在齿槽转矩和磁阻转矩,会造成转矩脉动较大,对电机造成不良影响。选择以48槽,8极内置式永磁同步电机为例,首先选择转子的关键结构参数作为优化参数,并以增大平均转矩,降低转矩脉动,减小齿槽转矩作为优化目标。通过田口算法从众多的结构参数中合理选出对优化目标影响较大的优化参数,再采用响应面拟合优化目标曲线,最后采用遗传算法对其优化,使用有限元仿真软件验证其有效性,实现电机的多目标优化。     

基于GPIO的永磁同步电机模型预测转矩控制

在永磁同步电机模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)中,由于目标函数控制变量的量纲不同,为了在代价函数中选取最优的权重系数,提出一种改进高斯变异鸽群算法(Gaussian mutation pigeon-inspired optimization algorithm, GPIO)实现权重系数自整定。首先,基于代价函数最小化原则设计PIO的目标函数,用电流id、iq脉动误差均方根评价权重系数。其次,在传统高斯变异算子的基础上引入自适应调整动态参数实现变异。仿真和实验结果表明,将改进后的算法应用于永磁同步电机模型预测转矩系统,能在较少的迭代次数内整定出最优的权重系数,极大地降低了转矩误差和电流谐波畸变率。     

Modeling and construction optimization of a modular TFM with an outer rotor

This paper presents a new optimal design of the magnetic circuit for a modular reluctance transverse flux motor (TFM) with an outer rotor. The design aims at maximizing the average electromagnetic torque and minimizing the ripple torque, with the two requirements appropriately weighted depending on a specific application of the motor. A precise numerical FEM model of the motor, developed in the Flux3D program, is coupled with a MATLAB-based evolutionary algorithm for constrained optimization of construction parameters of the magnetic circuit. The fundamental role of a type of an optimization criterion function is emphasized and a new effective criterion function is introduced. The performance of an optimal motor prototype constructed according to the optimum design fully confirms the usefulness of the presented approach.     

Topology Optimization of Rotor Pole in Switched Reluctance Motor for Minimum Torque Ripple

Torque ripple is a major problem for switched reluctance motors, which may cause undesirable vibration and acoustic noise, especially at low speed. This paper presents an optimal topology structure of rotor for 8/6 pole switched reluctance motor by using the level set method. The nonlinear ferromagnetic material boundary of rotor pole is implicitly represented through an embedded level set function. This method is applied to obtaining the optimal distributions of material in the design domain for minimizing torque ripple and maximizing average torque. In the optimization objective function, the reluctivity of ferromagnetic material is selected as the design variable. The normal velocity is derived from sensitivity analysis, where the adjoint variable method is utilized. Two-dimensional finite element method is employed to calculate the electromagnetic parameters of this electric machine. Analysis results obtained from the transient simulation of electromagnetic field coupled with control circuit show that the torque ripple is reduced effectively by using the optimized rotor structure.     

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.     

车用轮毂电机齿槽转矩和高能耗点效率优化

电动汽车轮毂电机内部属于多物理场非线性耦合系统,温升对电机的材料及电磁参数影响较大,为弥补磁-热场单向耦合的不足,建立了磁-热双向耦合模型。基于该模型,结合WLTP路谱图,得到功耗较高的工况点。针对电机转矩波动大及高功耗工况点效率不高的问题,设定降低气隙处齿槽转矩和提高高功耗区效率为目标,选取齿宽、槽深及气隙长度为变量,建立BP神经网络预测模型,通过NSGA-Ⅱ与纳什均衡进行了多目标组合寻优,得到最优结构组合。经实验与仿真验证,双向耦合方法提高了模型的仿真精度,多目标联合优化使得高功耗点效率提高了9.63%,齿槽转矩降低了39.6%。