一种轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109245449A(43)申请公布日2019.01.18(21)申请号201811339664.5(22)申请日2018.11.12(71)申请人南京工程学院地址211167江苏省南京市江宁科学园弘景大道1号(72)发明人朱志莹孙玉坤朱金任元郭旋姚致勋(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243代理人王素琴(51)Int.Cl.H02K15/00(2006.01)权利要求书3页说明书10页附图8页(54)发明名称一种轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的优化设计方法(57)摘要本发明公开了一种轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的优化设计方法，包括步骤：估算轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机结构参数初始值；基于初始值构建三维有限元电磁计算模型后进行敏感度分析选取得到关键结构参数；以关键结构参数输入三维有限元电磁计算模块得到电机性能指标对应的输出变量构成样本数据集；以关键结构参数为待优化结构参数构建统一的优化目标函数，并采用核极限学习机算法训练样本数据集构建与优化目标函数对应的优化模型；以待优化结构参数作为优化模型的输入，采用权重惯性调整的粒子群算法进行全局寻优得到关键结构参数的优化值，完成对电机的优化操作；本发明实现了轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机多目标协同优化的目的。CN109245449ACN109245449A权利要求书1/3页1.一种轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的优化设计方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、估算轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的结构：转子外径、转子内径、铁芯叠长、悬浮定子外径、转矩定子外径、气隙长度、悬浮定子极弧、转矩定子极弧、转子极弧、定子轭厚、转子轭厚、悬浮定子齿宽、转矩定子齿宽、隔磁环厚度、永磁体外径、永磁体内径、永磁体厚度对应尺寸的初始值为：Da0,Di0,la0,Dsw0,Dsn0,g0,βsw0,βsn0,βr0,hcs0,hcr0,bsw0,bsn0,hms,Dpma0,Dpmi0,lpm0；S2、基于各所述初始值构建三维有限元电磁计算模型，对所述三维有限元电磁计算模型进行参数敏感度分析，按照敏感度由大到小排序，选取得到关键结构参数；S3、以所述关键结构参数输入所述三维有限元电磁计算模块得到电机性能指标对应的输出变量，由所述关键结构参数和输出变量构成样本数据集；S4、以所述关键结构参数作为待优化参数构建统一的优化目标函数，并采用核极限学习机算法训练所述样本数据集构建与所述优化目标函数对应的优化模型；S5、以所述待优化结构参数作为所述优化模型的输入，采用权重惯性调整的粒子群算法进行全局寻优得到所述关键结构参数的优化值，并以所述优化值作为对应飞轮电机结构的最终参数，完成对电机的优化操作。2.根据权利要求1所述的轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S1由以下公式：确定所述初始主体结构的初始值，其中，ki为飞轮电机绕组电流系数，km为飞轮电机方波电流系数，PN为飞轮电机额定功率，nN为飞轮电机额定转速，η为飞轮电机的效率，Bδ为飞轮电机的磁负荷，A为飞轮电机的电负荷，λ1、λ2、λ3、λ4、λ5、λ6为常数系数。3.根据权利要求1所述的轴向分相磁悬浮开关磁阻飞轮电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S2包括：S21、对所述三维有限元电磁计算模型仿真得到飞轮电机的永磁偏置磁通，以及转矩电流im；2CN109245449A权利要求书2/3页S22、以所述三维有限元电磁计算模型中的转子质量仿真得到飞轮电机悬浮力的数值区间，基于所述悬浮力数值区间仿真得到悬浮电流iα和悬浮电流iβ；S23、定义飞轮电机的径向悬浮力为F，电磁转矩为T，电磁转矩的脉动为KT，平均悬浮力为Favg，平均转矩为Tavg，电机铁心硅钢片体积为V，铜耗为P，并按照公式定义飞轮电机性能指标：转矩效率TP、悬浮效率FP、转矩功率密度TV以及悬浮功率密度FV；S24、建立参数敏感度分析对应的性能指标函数：根据飞轮系统对电机悬浮支撑、驱动转矩以及功率和效率的要求，选取飞轮电机的性能指标平均悬浮力为Favg、平均转矩为Tavg、转矩效率TP、悬浮效率FP、转矩功率密度TV和悬浮功率密度FV、电磁转矩脉动KT，并设计权重因子ωF,ωT,ωK,ωFP,ωTP,ωFV,ωTV,ωK，以此构建参数敏感度分析性能指标函数：式中，Fb、Tb、FPb、TPb、FVb、TVb、KT为平均悬浮力为Favg、平均转矩为Tavg、转矩效率TP、悬浮效率FP、转矩功率密度TV和悬浮功率密度FV、电磁转矩脉动KT各项的基值，ω为平均悬浮力为Favg、平均转矩为Tavg、转矩效率TP、悬浮效率FP、转矩功率密度TV和悬浮功率密度FV、电磁转矩脉动KT各项的权值，且满