无刷直流电机的设计及优化

首先,详细研究了提高电机性能的关键性因素,针对无刷直流电机高功率密度设计要求,结合电机学设计理论,通过分析计算,确定电机的极槽配合、永磁体材料及尺寸、定子绕组、定子槽型、定子铁芯结构,完成无刷直流电机的本体电磁设计;然后,通过Ansoft Maxwell仿真软件,构建二维场—路耦合模型,通过有限元方法分析计算电机的稳态场和瞬态场,重点分析了电机的磁力线分布、磁通密度分布和齿槽转矩;最后,针对裂比、长径比、极弧系数、槽口宽度、气隙长度进行优化设计,合理设置参数变量,以齿槽转矩及气隙磁密谐波为优化目标,通过优化尽可能减小齿槽转矩,抑制谐波,最终得到优化设计方案。     

推力滑动轴承表面织构的优化设计

在推力滑动轴承表面设计轴对称分布的扇形直槽织构,以提高轴承的流体动压润滑性能。为对扇形直槽的参数(直槽的数目、深度和面积比)进行优化设计,将轴承的内外径、转速、润滑油黏度、轴承间隙以及直槽参数作为变量,求解不同变量值下的Reynolds方程,得到油膜承载力,运用最小二乘法对承载力的离散数据进行拟合,得到承载力的拟合函数,并推导出摩擦因数的表达式。针对"轴承间隙已知,要求承载力最大或者摩擦因数最小,以及承载力已知,要求轴承间隙最大或者摩擦因数最小"这四种约束条件及优化目标,利用承载力和摩擦因数的拟合公式,得到对应的直槽参数的最优值。通过数值试验,将拟合公式计算的承载力、轴承间隙和摩擦因数与直接求解Reynolds方程得到的结果进行对比,验证了直槽参数优化结果的正确性。设计加工三种具有不同直槽数目和深度的扇形直槽织构并进行摩擦试验,通过对比摩擦因数的计算值和试验值后发现,承载力和摩擦因数的拟合公式在趋势上是正确的,直槽参数的优化结果是可信的。     

车用永磁同步电机径向力波灵敏度分析和优化

为了降低电动车电磁噪声,以电动车用永磁同步电机为研究对象,建立了有限元参数化模型,计算径向力波.通过解析法和试验,验证了有限元参数化模型的正确性.应用该模型,以永磁体厚度、气隙长度、定子槽中心宽度、定子槽开口宽度4种结构因素为设计变量,以1阶、2阶、3阶径向力波能量和径向力波均值最小为目标函数,进行了影响径向力波的结构因素灵敏度分析.结合电机设计要求,提出了改变气隙长度和定子槽中心宽度的参数优化方案,有限元计算结果显示优化方案改善了径向力波.     

切向永磁同步电机空载感应电动势谐波削弱分析

针对切向永磁同步电机空载感应电动势谐波含量高会增加杂散损耗的问题,提出一种优化定子槽参数和转子极面偏心设计相结合的方法,以改善空载感应电动势波形.推导出切向永磁电机空载谐波感应电动势表达式,分析并确定了影响空载感应电动势谐波的关键结构参数,以降低空载感应电动势畸变率为优化目标,采用有限元法分析定子槽口宽度、定子槽高度和转子极面偏心距三个参数对电机空载感应电动势各奇次谐波和波形畸变率的影响规律,获得了最优参数.结果表明,优化后的电机能有效削弱空载感应电动势谐波、降低波形畸变率,同时提高气隙磁密、减小齿槽转矩,提升电机整体性能.     

基于响应面的三自由度超声电机定子设计优化

针对超声电机定子设计过程存在的定子设计模态与干扰模态分离不彻底、定子振动幅度小、定子振动时局部内应力较大等问题,提出了基于响应面模型的电机定子设计优化方法。首先,通过选取合适的定子设计尺寸作为变量,拉丁超立方抽样方法在设计空间内选取样本点;其次,对各样本点的组合得到的定子尺寸结构进行有限元分析,得到定子的模态和谐响应值从而建立定子的响应面模型;然后,利用遗传算法在响应面模型的基础上对定子进行优化;最后,使用有限元软件对优化前后的定子进行建模计算验证了优化结果的正确性。     

某永磁电机冷却风机优化设计

针对某永磁电机冷却风机功耗大的问题，进行了风机优化设计的研究。首先对原机进行参数化建模，按照几何特征将设计变量分为4个特征组，将叶型通过5个控制点样条曲线化，借助几何约束调整叶型；通过CFX软件采用雷诺平均N-S方程求解风机流场得到原型机的气动性能参数，与试验结果进行验证对比；在此基础上，通过循环迭代法与响应面法联合优化的方式依次优化4组参数，最后将全参数进行响应面法二次拟合，最终确定了风机的最优组合方案。结果表明，优化后的风机在额定流量下，风机静压提高了10%，全压效率提高了6.7%，风机性能整体显著提高；叶轮进出气得到明显改善，流道内流场更加流畅，所提出的优化方法可为离心风机的优化改进设计提供参考。     

双转子永磁磁阻电机优化设计和分析

设计出一种双转子永磁磁阻电机,利用RMxprt模块建立电机二维有限元模型。对影响同步磁阻电机转矩的关键参数进行灵敏度分析,确定优化变量,对变量分层抽样并建立平均转矩和转矩脉动的克里金响应面模型,采用粒子群优化算法得到最优解集。最后通过仿真验证了优化方法的可行性,结果表明优化后的电机性能得到了改善,达到了优化目标。     

减振镗杆稳健性分析及优化

为提高镗杆减振性能的稳健性,建立减振镗杆的二自由度系统动力学模型。运用蒙特卡洛仿真方法系统地分析了减振镗杆不确定性因素对动力放大系数的影响规律。综合考虑参数与变量不确定性,以减小激振频域内的最大动力放大系数的均值和标准差为优化目标,对减振系统进行了稳健设计。遗传算法求解结果和仿真试验表明,优化后的减振镗杆减振性能及其稳健性得到了显著改善。     

转套式配流系统U型减振槽结构设计优化

转套式配流系统中减振槽结构参数对系统的流量脉动、压力冲击、工作噪声、工作寿命等具有重要影响。以转套式配流系统U型减振槽的厚度、高度和包角为设计变量,考虑流量倒灌约束,建立了以压力极值最小为目标的设计优化模型。以i SIGHT优化设计框架搭建了系统设计优化平台,完成了设计变量对优化目标的灵敏度分析和结构优化。优化后泵的容积效率基本不变,泵腔压力极值减小了8.3%,显著降低了压力超调现象引起的冲击、振荡等问题,提高了整个配流系统工作的稳定性。优化结果具有较强的稳健性,但额定工作转速设定值较大时还需要重新优化U型减振槽结构。     

定子混合叠压再制造电机转矩优化分析

永磁同步电机铁心再制造研究较少,性能提升困难,寻求切实可行的铁心性能再制造提升方案具有重要意义。利用旧电机硅钢材料与新型非晶合金材料制成再制造混合叠压定子,分析再制造前后电机性能变化,提出转矩叠加优化方法并对转矩进行优化分析。混合叠压再制造后,电机损耗大幅降低,效率有所提升,转矩有所减小;再制造电机转矩随着定子齿宽、绕组匝数以及电流的增大而增大;通过参数化扫描与正交分析方法,对再制造电机进行基于定子槽型尺寸与电流变化的转矩与损耗综合优化分析,确立再制造电机转矩优化方案为电机定子齿宽减小0.8 mm,槽高增大1.2 mm,额定电流减小1.7 A;电机台架试验测试表明,与原电机相比,优化后再制造电机转矩基本不变,效率有所提升,验证了优化方案与仿真结果的有效性。混合叠压定子的研究为电机再制造研究及铁心性能提升方法研究提供了新的思路。     

永磁直线电机结构参数的DFSS和响应面法优化

在研究潜油直线电机的参数匹配过程中,提出了一种圆筒型永磁同步直线电机结构参数优化设计方法。基于一种六西格玛设计(DFSS)理念,结合数理统计理论,分析了气隙长度、定子轭厚度、齿宽、齿形角、主磁通永磁体有效长度、半闭口槽宽、极弧系数等参数对电机电磁推力及齿槽力影响。以增大推力及降低齿槽力为优化目标,采用2IV 7-3部分析因试验设计法,对电机主要本体结构参数进行筛选优化。分别筛选出了影响电磁推力和齿槽力的显著因子,并利用响应面法建立了相应的非线性数学模型。通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解,得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明:平均电磁推力提升了28.83%,齿槽力降低了18%,推力及齿槽力波动显著减小;基于DFSS和响应面的优化方法用于研究潜油直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

基于ADAMS的备胎收放装置参数化建模及优化设计

针对某型车备胎收放装置起始时刻速度较大,抖动较剧烈的现象,通过ADAMS将装置关键点位置参数化,对该机构进行参数化建模分析.将参数化模型某铰接点设置变量,以机构运动行程平稳为设计目标,在ADAMS中进行最优求解,得到了铰接点最优位置。通过验证,优化方案能较好地改善出现的问题。     

杆式超声电机定子的动力学分析与优化设计

利用有限元理论建立了具有复杂外形的杆式超声电机定子的机电耦合动力学模型.利用该模型对定子的动力学特性进行了求解,一阶弯曲模态频率的理论计算结果与样机定子的模态测试实验的结果相差3.9%.提出杆式超声电机工作对定子模态的要求,推导了这些设计要求的数学表达形式.结合模式搜索算法,建立了定子结构参数的优化设计模型来解决这一多目标的优化问题.算例分析的结果表明,该优化模型可以在满足对模态频率、振型、压电陶瓷安放位置、避免干扰模态等要求的前提下,确定定子的相关几何参数,从而提高电机结构设计的效率.     

基于差分进化法的三要素吸振器参数设计

为了对不平衡问题造成的转子振动进行减振,使用三要素吸振器进行振动抑制,并对吸振器进行参数优化.利用有限元法建立系统动力学方程,使用差分进化法求解三要素吸振器的最优参数.分别利用差分进化法和固定点理论,分析了质量比变化对于吸振器各参数及其减振效果的影响.结果表明:和固定点理论相比,使用差分进化法设计的三要素吸振器具有更大...     

基于遗传算法的复杂槽型铣刀片槽型参数优化

针对三维复杂槽型铣刀片槽型优化问题,进行了铣削温度和铣削力试验及其有限元分析,以铣刀片耦合场最优为优化目标,建立了槽型参数多目标优化数学模型,利用遗传算法求解了固定切削参数和给定约束下的优化槽型参数。仿真计算结果表明,槽型优化后的铣刀片耦合场明显优于其它槽型参数下的铣刀片耦合场,为铣刀片三维复杂槽型的重构提供了依据。     

深孔钻削系统扭振动力减振器的优化设计

深孔钻杆在钻削过程中易产生扭转振动,可通过在钻杆支架上设置动力减振器,来抑制钻杆的扭转振动;为了取得良好的减振效果,需要对常规设计方法得到的动力减振器进行优化。首先对深孔钻削扭振减振系统进行简化,得到系统附加动力减振器的运动方程及减振指标;再对动力减振器减振特性进行研究,初步确定最优结构参数的范围;最后根据在现实中的使用情况,提出目标函数对常规设计方法得到的动力减振器的各项参数进行优化。从而使得在结构设计阶段,通过选取合适的阻尼和刚度材料,使其在工作过程中减振效果最佳。     

不确定参数结构的区间优化方法

针对不确定参数结构,提出一种结构区间优化设计方法.由于区间优化问题一般要比确定性优化问题的求解复杂得多,因此,通过优化结构动力响应区间值的上界,将区间优化问题转化为近似的确定性优化问题.区间优化方法可以得到比传统确定性优化方法更多的优化信息.把该方法应用于典型桁架结构,优化结果表明,区间优化方法不仅能得到与传统优化方法大致相当的设计变量最优值,还能得到目标函数相应于设计变量最优值波动时的一个变化范围.     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

某型纯电动汽车动力系统参数匹配与优化研究

根据某型纯电动汽车性能指标设计要求,在对其动力传动系统进行结构分析及理论计算的基础上,合理匹配动力电池、驱动电机、传动比等参数并选型。考虑动力传动系部件参数对整车性能的影响,提出一种基于多目标遗传算法的纯电动汽车参数优化方案,该方案以续驶里程及能量消耗作为优化目标,以最高车速、加速时间及爬坡度等指标作为约束条件,以传动系速比为优化变量建立参数优化模型进行求解,得到最优传动比。仿真及实车试验结果表明,文中采用的纯电动汽车动力系统参数匹配方法及优化算法合理、有效。     

碟形直线超声电机优化设计

为了有效和快速地实现直线型超声电机的设计,提出了一种基于响应面法的直线超声电机优化设计方法并应用于蝶形直线型超声电机.响应面法是一种试验设计与数理统计相结合的优化方法.首先,利用有限元法建立定子的参数化模型并选定设计变量;其次,利用试验设计方法在变量空间里选取样本点,对各个样本点所对应的结构利用APDL建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应值,利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型;最后,利用单纯形法找到最佳的设计方案.优化结果显示,蝶形直线超声电机的多方面设计要求都得以实现.