一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，(1)设置电机各部分材料特性，Pareto多目标遗传算法设置基本参数(2)建立非线性等效变磁网络模型(3)对可调磁材料进行模拟计算，对记忆电机在线调磁预测(4)基于NSGAⅡ的多目标遗传算法联合非线性变磁网络对电机结构参数优化，获取初步可行非支配解集(5)改变励磁电流大小，更新调磁材料退磁特性，重新对初步可行非支配解集中所有参数组合的目标函数进行求解，再次获取非支配解集(6)改变励磁电流大小，缩小非支配解集范围，使其逐渐逼近适于记忆电机多模式运行的最优解集。最终在该最优解集前沿的参数组里获得最优参数组合，确定电机结构。

An On-line Magnetic Regulation Performance Prediction and Optimal Design Method of Flux Controllable Memory Motor Based on Nonlinear Equivalent Variable Magnetism Network Model

The invention discloses an on-line magnetic tuning performance prediction and optimization design method of a flux controlled memory motor based on a non-linear equivalent variable magnetic network model, (1) setting material characteristics of each part of the motor, setting basic parameters by Pareto multi-objective genetic algorithm, (2) establishing a non-linear equivalent variable magnetic network model, (3) simulating and calculating the adjustable magnetic material, and predicting the on-line magnetic tuning of the memory motor. (4) Based on N. SGAII multi-objective genetic algorithm combined with non-linear variable magnetization network optimizes the structure parameters of the motor, obtains the initial feasible non-dominated solution set (5) changes the magnitude of excitation current, updates the demagnetization characteristics of the magnetizing material, resolves the objective function of all parameters combination in the initial feasible non-dominated solution set, and obtains the non-dominated solution set (6) changes the magnitude of excitation current and reduces the non-dominated solution set. The range makes it gradually approximate to the optimal solution set suitable for multi-mode operation of memory motor. Finally, the optimal parameter combination is obtained in the parameter group at the front of the optimal solution set, and the motor structure is determined.

【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法
本专利技术涉及一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，属于电机

技术介绍
在电机
，永磁同步电机(PMSM)由于其结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高等优点受到了极为广泛的应用。然而由于普通永磁材料(如钕铁硼)的固有特性，电机内的气隙磁场基本保持恒定，作为电动运行时调速范围十分有限，在诸如轮毂直驱等场合的应用受到一定限制，故以实现永磁电机的气隙磁场的有效调节为目标的可调磁通永磁电机一直是电机研究领域的热点和难点。近几年来，一种磁通可调记忆电机(以下简称“记忆电机”)逐渐受到了国内外研究者的重视并取得突破性进展，它采用高剩磁低矫顽力的永磁材料，如铝镍钴、钐钴。通过施加瞬时脉冲改变永磁体磁化水平，从而改变永磁体磁化强度对气隙磁场进行调节，同时撤销励磁脉冲后，永磁体的剩磁具有被永磁体记忆的特点，几乎无励磁损耗，能够简单高效实现电机在线调磁。由于可调磁记忆材料的应用，使得记忆电机的设计，分析与优化较为困难，且精度得不到保证，因而建立快速和满足精度要求的解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据电机各部分材料磁滞特性，确定各非线性单元磁导率迭代计算轨迹；步骤2，建立全局磁网络模型；将电机各部分划分为固定磁导和非固定磁导两个计算模块；所述固定磁导模块只与电机结构、参数尺寸和自身的磁导率有关，且各自所对应的磁路在磁网络中的连接方式不随定转子之间的相对位置的变化而变化；所述非固定磁导模块指的是磁道几何尺寸和连接方式都随着电机定转子之间的相对位置变化而变化，其中包括定转子之间的任意径向气隙磁导；将固定磁导模块、非固定磁导模块、磁势源模块通过节点连接，形成完整的磁网络模型；...

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据电机各部分材料磁滞特性，确定各非线性单元磁导率迭代计算轨迹；步骤2，建立全局磁网络模型；将电机各部分划分为固定磁导和非固定磁导两个计算模块；所述固定磁导模块只与电机结构、参数尺寸和自身的磁导率有关，且各自所对应的磁路在磁网络中的连接方式不随定转子之间的相对位置的变化而变化；所述非固定磁导模块指的是磁道几何尺寸和连接方式都随着电机定转子之间的相对位置变化而变化，其中包括定转子之间的任意径向气隙磁导；将固定磁导模块、非固定磁导模块、磁势源模块通过节点连接，形成完整的磁网络模型；步骤3，求解非线性等效磁网络；步骤4，铝镍钴在线调磁磁化水平性能预测；步骤5，基于多目标遗传算法对磁通可控记忆电机进行初步优化设计。2.根据权利要求1所述的一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：将铁芯初始磁导率μIron和可调磁材料的初始磁导率μPM设置为真空磁导率μ0。3.根据权利要求1所述的一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，所述步骤2中，所述固定磁导建模为：式中，la为轴向铁心长度，μ为磁导率，θ为弧度。4.根据权利要求3所述的一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，所述步骤2中，所述非固定磁导建模为：采用分割法计算记忆电机的气隙磁导近似表达式，并作以下假设：1).定子、转子极表面为等磁位面；2).磁力线垂直于铁芯表面，磁力线以直线和圆弧来等效；3).磁场沿轴向分布均匀；则有：Ge＝0.26μla其中，la为电机轴向长度，μ为空磁导率；把复杂连续的气隙磁场分割为上述几种计算模型，从而求出定转子任意位置下的气隙磁导。5.根据权利要求4所述的一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，所述步骤2中，对磁势源的建模，所述磁势源包括两个，分别是电枢绕组的电枢电流磁势和能够在线调节磁势大小的铝镍钴材料的永磁磁势，电枢电流磁势和永磁磁势的计算如下：电枢电流产生的磁势为：FI＝JSASJSAkpf永磁体产生的磁势为：Fm＝HcSPM其中JSA为电枢电流密度，SJSA为电枢槽面积，kpf是电枢绕组槽满率，Hc为永磁体矫顽力，hPM为永磁体磁化方向厚度。6.根据权利要求5所述的一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，所述步骤3，对磁网络模型的求解包括如下步骤：步骤3.1，初始各支路磁导率；步骤3.2，根据所述全局磁网络模型，构建节点磁位方程数学模型：步骤3.3，调用第三方开源矩阵求解库EIGEN对该稀疏矩阵方程求解；步骤3.4，采用广义多变量阻尼法，对各支路磁导率进行更新计算迭代，计算过程如下：在第k次迭代，求解矩阵可以被写成：当求解出结果后，利用支路关系求出ΔFm(i)＝Fm(ki1)-Fm(ki2)φs(i)＝Gm(i)ΔFm(i)+φ0(i)φ0(i)＝Gm(i)Fm0(i)之后，求出第k次迭代各支路磁密式中Ai是各支路的截面积，根据铁芯材料B-H曲线能够求解出对应磁导率：引入阻尼系数，加速迭代收敛：式中阻尼系数，cd设定为0.7；当满足下式时，迭代结束：式中ε为求解精度，其取值1e-5。7.根据权利要求1所述的一种基于非线性等效变磁网络模型的磁通可控记忆电机在线调磁性能预测和优化设计方法，其特征在于，所述步骤4的铝镍钴的磁滞回线模型采用近似分段线性磁滞模型，铝镍钴磁化水平预测具体步骤如下：步骤4.1，在初始磁化状态下，每一个铝镍钴永磁体都被设置得到一个常数和零；然后，施加正磁化电流，调用步骤2根据等效磁网络模型求解出此时铝镍钴永磁体的磁化强度，根据以下规则计算此时各铝镍钴的剩磁：当磁化电流过小，通过铝镍钴的磁场强度未达到铝镍钴自身的固有矫顽力时，认为充磁失败，其剩磁Br＝0；当磁化电流过大，铝镍钴实现满充时，其剩磁Br＝Br1；否则，认为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孝勇，武继奇，徐磊，杨晋，郑诗玥，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32