一种永磁同步电机效率的优化方法

本发明属于高速电机系统设计领域，具体涉及一种永磁同步电机效率的优化方法。

背景技术：

1、永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，pmsm)以其体积小、功率密度大和效率高等特性，广泛应用于航空航天、节能减排等诸多领域。通常情况下，当电机转子表面线速度超过100m/s时，可界定为高速电机，与常规电机相比，高速电机具有转子线速度高、供电电流和交变频率高、功率密度和损耗密度高的“三高”特征。随着工业领域对电机性能需求的不断提高和特殊空间的尺寸限制等要求，电机系统优化已成为电机本体设计的趋势之一。

2、现有技术中，常用的代理模型优化方法为响应面法，然而，对于实际响应面是具有多个波峰和波谷的多峰函数的复杂系统，该方法的预设多项式可能无法捕捉到原始模型的全局行为；此外，响应面中传统的实验设计方法，如中心组合设计，随着实验因素的增加，二次模型方程的系数个数呈指数增长，实验次数也呈指数增长，同时，对于普遍的优化问题，未考虑耦合场带来的影响，以及多物理场耦合计算较为费时。

3、因此，亟需改善现有技术中存在的缺陷。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种永磁同步电机效率的优化方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明提供一种永磁同步电机效率的优化方法，包括：

3、获取永磁同步电机的额定转速、额定功率、定子材料、转子材料和尺寸参数；

4、根据永磁同步电机的额定转速、额定功率、定子材料、转子材料和尺寸参数，使用有限元分析的方法对永磁同步电机进行仿真，并获取仿真结果；

5、从仿真结果中，确定优化目标为永磁同步电机的效率，以及确定边界条件和优化变量；

6、使用优化的多物理场耦合的克里金代理模型对永磁同步电机的效率进行优化，获取永磁同步电机的定子结构信息和转子结构信息。

7、可选地，边界条件包括永磁同步电机的转子强度、转子一阶临界转速、电机转柜、以及定子和转子铁芯体积。

8、可选地，优化变量包括漆包线线径、定子槽型尺寸、以及定子和转子铁芯长度。

9、可选地，还包括：对优化变量进行优化；

10、使用试验设计的方法，对各个优化变量进行灵敏度评估，获取各个优化变量对应的灵敏度分析结果；其中，用于评估的变量包括永磁同步电机的转子强度、转子一阶临界转速、电机转柜、总损耗、以及定子和转子铁芯体积；

11、根据各个优化变量对应的灵敏度分析结果，估计各个优化变量与其对应的灵敏度分析结果之间的皮尔逊相关系数，剔除掉优化变量与其灵敏度分析结果之间的皮尔逊相关系数小于第一阈值的所述优化变量。

12、可选地，优化的多物理场耦合的克里金代理模型的构建过程包括：

13、使用有限元分析的方法进行多物理场耦合下的所述仿真结果精确分析，得到精确分析结果；

14、基于所述精确分析结果，构建克里金响应面，得到多物理场耦合的克里金代理模型；

15、使用遗传算法对所述多物理场耦合的克里金代理模型进行优化，得到优化的多物理场耦合的克里金代理模型。

16、可选地，使用有限元分析的方法进行多物理场耦合下的所述仿真结果精确分析，得到精确分析结果的过程包括：

17、从所述仿真结果中，确定定子和转子铁芯损耗、永磁体涡流损耗、绕组直流损耗和绕组交流损耗；

18、获取额定负载下的系统温升；

19、直至温度收敛，得到定子和转子铁芯损耗、永磁体涡流损耗、绕组直流损耗和绕组交流损耗的结果。

20、可选地，使用优化的多物理场耦合的克里金代理模型对永磁同步电机的效率进行优化，获取永磁同步电机的定子结构信息和转子结构信息的过程包括：

21、使用均匀设计的方法从所述仿真结果中进行初始采样，获取永磁同步电机的效率的初始计算点；

22、将所述永磁同步电机的效率的初始计算点输入所述优化的多物理场耦合的克里金代理模型；

23、直至所述优化的多物理场耦合的克里金代理模型输出的优化结果收敛，获取永磁同步电机的定子结构信息和转子结构信息。

24、本发明的有益效果：

25、(1)本发明提供的一种永磁同步电机效率的优化方法，考虑了多物理场耦合情况下的效率优化，可以使得优化结果更加准确，优化效果更加显著；

26、(2)本发明提供的一种永磁同步电机效率的优化方法，考虑到电机多物理场耦合引入了非线性因素，采用了基于克里金的响应面代理模型进行优化，可以构建更加具有全局性的响应面；

27、(3)本发明提供的一种永磁同步电机效率的优化方法，同样适用于电机其余单目标的优化，在借助帕累托前沿的方法下，可以进一步进行高速电机的多目标优化。

28、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，所述边界条件包括永磁同步电机的转子强度、转子一阶临界转速、电机转柜、以及定子和转子铁芯体积。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，所述优化变量包括漆包线线径、定子槽型尺寸、以及定子和转子铁芯长度。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，还包括：对优化变量进行优化；

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，所述优化的多物理场耦合的克里金代理模型的构建过程包括：

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，所述使用有限元分析的方法进行多物理场耦合下的所述仿真结果精确分析，得到精确分析结果的过程包括：

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机效率的优化方法，其特征在于，所述使用优化的多物理场耦合的克里金代理模型对永磁同步电机的效率进行优化，获取永磁同步电机的定子结构信息和转子结构信息的过程包括：

技术总结
本发明公开了一种永磁同步电机效率的优化方法，涉及高速电机系统设计领域，包括：获取永磁同步电机的额定转速、额定功率、定子材料、转子材料和尺寸参数；根据永磁同步电机的额定转速、额定功率、定子材料、转子材料和尺寸参数，使用有限元分析的方法对永磁同步电机进行仿真，并获取仿真结果；从仿真结果中，确定优化目标为永磁同步电机的效率，以及确定边界条件和优化变量；使用优化的多物理场耦合的克里金代理模型对永磁同步电机的效率进行优化，获取永磁同步电机的定子结构信息和转子结构信息。本发明能够使得优化结果更加准确，优化效果更加显著。

技术研发人员：崔佳航,李江红,赵振民,单航,张启鹏,陈超,尚纯洁,王彤
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14