一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统，所述优化方法包括：建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；根据所述第一组正交试验的结果及性能指标建立多指标同步优化目标函数；根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合，从而实现多个性能指标的同步优化。

A multi index synchronous optimization method and system for an external rotor switched reluctance motor

Simultaneous optimization method and multi index system of switched reluctance motor of the invention discloses an outer rotor, the optimization methods include: the establishment of electric vehicle wheel motor power constraints; determined according to the performance index and structure parameters of motor driving the power constraints; establish motor size constraints on the structure parameters; according to the motor size constraints, orthogonal table to determine the structural parameters, the orthogonal numerical multiple levels including each structure parameters and corresponding to the first group of orthogonal test; according to the first set of orthogonal test results and performance indicators to establish multi index synchronization optimization objective function; simultaneous optimization of objective function and the structure parameters according to the multi index level, to determine the optimal solution of structural parameters, so as to realize the synchronization of multi performance index Optimization.

【技术实现步骤摘要】
一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统
本专利技术涉及电机优化
，特别是涉及一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统。
技术介绍
针对轮毂电机结构参数设计研究，国内外学者在该领域进行了深入研究。ShethNK等选取能提高电机平均转矩的结构设计参数，研究了不同气隙参数对单相励磁电机整体转矩波形的影响情况。JawadFaiz等以转矩及效率为设计目标，对12/8单相励磁开关磁阻电机定子、转子结构参数进行了设计设计。邓智泉等针对无轴承开关磁阻电机，研究了绕组结构形式对电机中点电压波动的影响，设计了电机绕组结构。高洁等分析了单双相励磁时开关磁阻电机的静态特性，研究了相邻凸极对导通凸极磁链的影响以及互感对输出转矩的影响。另外，很多学者针对单相励磁开关磁阻电机端部磁场效应、磁芯损失等对电磁特性的影响进行了研究。但是，现阶段研究成果多集中在对电机定子极、转子极、气隙、轭部等结构参数的设计方面，参数设计目标函数多为单指标函数，对电动汽车要求的电机转矩输出、效率及转矩密度等性能特性的整体设计考虑不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统，可实现多种性能目标的同步优化。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，所述优化方法包括：建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。可选的，根据以下公式确定所述功率约束条件：其中，Pi表示最高车速时电机所需提供的功率，i表示坡度，Vi表示爬坡时参考车速，M表示电机质量，f表示滚动摩擦系数，CD表示空气阻力系数，Vmax表示电动汽车行驶最高速度，A表示迎风面积，ηT表示传动系机械效率；其中，Pa表示电动汽车在水平路面上加速行驶消耗的功率，Va表示加速时参考车速，δ表示汽车旋转质量换算系数，Iw表示车轮的转动惯量，If表示飞轮的转动惯量，R表示车轮半径，i0表示主减速器传动比，ig表示变速箱传动比；Pmax＝max{Pi,Pa}；其中，Pmax表示电机的最大功率，max{}表示取最大值函数。可选的，所述性能指标包括静态转矩、转矩脉动、效率及转矩密度；所述结构参数包括定子极弧角βs、转子极弧角βr、气隙g、第二气隙gi、定子轭高hcs、转子轭高hcr、轴径Di。可选的，根据以下公式确定所述电机结构尺寸约束条件：hcr≥bpr/2；其中，bps表示定子极宽，Nr表示转子极数，q表示电机相数，bpr表示转子极宽。可选的，所述根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数，具体包括：根据以下公式确定电机的静态平均转矩Tave：其中，j为选取的角度序号，n为分析过程转子角度的选取个数，Tj为电机不同角度时的静态转矩值，属于所述第一组正交试验的结果；根据以下公式确定转矩脉动指标Tr：根据以下公式确定电机的转矩密度Q：其中，M表示电机质量；根据以下公式确定立多指标同步优化目标函数F：其中，ω1、ω2、ω3分别为平均转矩、转矩脉动和转矩密度的权重因子，Tavemax表示静态平均转矩的最大值、T′rmax表示转矩脉动倒数的最大值、Qmax表示转矩密度的最大值，Tavemax、T′rmax及Qmax均为所述第一组正交试验中多次试验对应的最大值。可选的，ω1取值为0.4，ω2取值为0.3，ω3取值为0.3。可选的，所述确定最优解结构参数组合，具体包括：根据预先统计的数据，计算所述多指标同步优化目标函数中的目标值；根据各结构参数的水平及目标值，利用极差分析方法确定每一结构参数的各水平所对应的电机动力性能综合指标的数值；选取动力性能综合指标中的最大值对应的每一结构参数的水平，选取的各结构参数的水平的数值组合形成最优解结构参数组合。可选的，所述多指标同步优化方法还包括：根据各结构参数的水平及目标值，得到各结构参数对电机动力性能综合指标的灵敏度；根据各结构参数对性能指标的影响进行灵敏度分析；根据分析结果对各结构参数、性能指标进行调整；进行第二组正交试验，以对所述最优解结构参数组合进行优化。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统，所述优化系统包括：第一建立单元，用于建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；结构参数确定单元，用于根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；第二建立单元，用于建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；水平确定单元，根据电机结构尺寸约束条件，进行正交试验，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值；第三建立单元，用于根据电机动力性能指标建立多指标同步优化目标函数；求解单元，用于根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术通过建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件，确定电机动力的性能指标和结构参数；通过建立电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表；建立多指标同步优化目标函数，根据各结构参数的水平可确定最优解结构参数组合，从而实现对多个电机动力性能指标的同步优化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法的流程图；图2为开关磁阻电机结构示意图；图3为各结构参数对静态平均转矩影响的柱状图；图4为各结构参数对转动脉冲影响的柱状图；图5为各结构参数对电机效率影响的柱状图；图6为各结构参数对电机转矩密度影响的柱状图；图7为各结构参数对综合指标影响的柱状图；图8为优化前后电机静态转矩曲线示意图；图9为本专利技术实施例外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统的模块结构示意图。符号说明：第一建立单元—1，结构参数确定单元—2，第二建立单元—3，水平确定单元—4，第三建立单元—5，求解单元—6。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，通过建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件，确定电机动力的性能指标和结构参数；通过建立电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表；建立多指标同步优化目标函数，根据各结构参数的水平可确定最优解结构参数组合，从而实现对多个电机动力性能指标的同步优化。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。

【技术特征摘要】
1.一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。2.根据权利要求1所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，根据以下公式确定所述功率约束条件：其中，Pi表示最高车速时电机所需提供的功率，i表示坡度，Vi表示爬坡时参考车速，M表示电机质量，f表示滚动摩擦系数，CD表示空气阻力系数，Vmax表示电动汽车行驶最高速度，A表示迎风面积，ηT表示传动系机械效率；其中，Pa表示电动汽车在水平路面上加速行驶消耗的功率，Va表示加速时参考车速，δ表示汽车旋转质量换算系数，Iw表示车轮的转动惯量，If表示飞轮的转动惯量，R表示车轮半径，i0表示主减速器传动比，ig表示变速箱传动比；Pmax＝max{Pi,Pa}；其中，Pmax表示电机的最大功率，max{}表示取最大值函数。3.根据权利要求1所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述性能指标包括静态转矩、转矩脉动、效率及转矩密度；所述结构参数包括定子极弧角βs、转子极弧角βr、气隙g、第二气隙gi、定子轭高hcs、转子轭高hcr、轴径Di。4.根据权利要求3所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，根据以下公式确定所述电机结构尺寸约束条件：hcr≥bpr/2；其中，bps表示定子极宽，Nr表示转子极数，q表示电机相数，bpr表示转子极宽。5.根据权利要求3所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数，具体包括：根据以下公式确定电机的静态平均转矩Tave：

【专利技术属性】
技术研发人员：朱曰莹，魏炜艳，曹旭，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12