[发明专利]一种基于负载周期全局的多目标电机效率优化设计方法

权利要求书

1.一种基于负载周期全局的多目标电机效率优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：确定电机使用过程中的负载周期特性，建立负载函数方程并进行离散化：根据电机所驱动的负载典型周期，获得电机所需输出的转矩T_load和转速n，并进行离散化，得到每个离散区间上的转矩T_load(i)和转速n(i)，其中i为第i个离散区间的序号；

S2：建立目标函数方程f(x_j)，如式(1)所示：

式(1)中，x_j＝[q₁,q₂,q₃,...,q_z]为优化设计参量，也即电机的制造参数，包括电机定子外径、定子内径、转子外径、转子内径、气隙长度、轴向长度、永磁体尺寸、绕组参数；q_h为第h个优化设计参量，1≤h≤z；j≥1；E_cyc(x_j)为设计参量为x_j时的电机在一个负载周期内消耗的能量；E_cyc(x₀)为初始设计参数下电机在一个负载周期内消耗的能量；cost(x_j)是在计参量为x_j时的电机所需的材料成本；cost(x₀)为初始设计参数下电机所需的材料成本；λ₁和λ₂为权重系数，满足λ₁+λ₂＝1；

其中，E_cyc(x_j)和E_cyc(x₀)分别通过式(2)和(3)计算得到：

其中，Δt为第i个离散区间的时间长度；T_load(i)为第i个离散区间的负载转矩；n(i)是第i个离散区间上的速度；η_j(i)为第j组优化参数x_j对应的电机在第i个离散区间上的效率，η₀(i)为初始设计参数对应的电机在第i个离散区间上的效率；电机的材料成本通过公式cost＝∑pri×vol计算，其中pri为材料的单价，vol为材料的用量；

S3：测试并选取电机的优化参数变量，建立约束方程；具体为：选取电机的设计参量，并对选取的设计参量进行敏感性测试，根据敏感性测试结果，选取对目标函数影响大的参量作为优化设计参量；选取优化设计参量后，根据实际设计和制造要求，对优化设计参量做出约束，约束包括电机最大输出功率、绕组电密、槽满率、电机外径最大尺寸和最大轴向长度；

S4：对电机性能进行优化计算，直至满足规定的收敛依据，最后达到最优解。

2.根据权利要求1所述的基于负载周期全局的多目标电机效率优化设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，在每个离散化后的第i个区间内，电机的负载转矩和转速是保持恒定的。

3.根据权利要求1所述的基于负载周期全局的多目标电机效率优化设计方法，其特征在于：所述步骤S3中优化设计参量按照设计中电机尺寸的极限约束条件来选取。

4.根据权利要求1所述的基于负载周期全局的多目标电机效率优化设计方法，其特征在于：所述步骤S4中，对电机性能进行的优化计算通过有限元计算法或者对电机进行解析建模。