基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于粒子群?多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法，包括：根據(jù)高效感應(yīng)電機(jī)的主要尺寸、額定數(shù)據(jù)等參數(shù)，給出高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)總體目標(biāo)；對(duì)電機(jī)定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確定電機(jī)的可行性方案集；選定高效感應(yīng)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)初步方案；采用智能算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行成本優(yōu)化，得到高效感應(yīng)電機(jī)的成本最優(yōu)；采用磁路法及電磁場(chǎng)有限元并行方式對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和主要運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；采用有限元法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行校核；對(duì)優(yōu)化后電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步方案中計(jì)算出的重量相比較進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高效感應(yīng)電機(jī)輕量化的目標(biāo)，并采用多物理場(chǎng)對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行校核，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專利說(shuō)明】
基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu) 化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中小型電機(jī)是量大面廣的產(chǎn)品，它廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、公用設(shè)施和家 用電器等各個(gè)領(lǐng)域，其耗電量占全國(guó)總電量的60% W上，因此，中小型電機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)國(guó) 民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和人民生活都起著重要的促進(jìn)作用。
[0003] 十一五期間，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程被列為五十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一，是國(guó)家節(jié)能減 排工作的重點(diǎn)領(lǐng)域。電機(jī)的小型化和輕量化是電機(jī)制造業(yè)今后的發(fā)展方向。電機(jī)的小型化、 輕量化與節(jié)能降耗密切相關(guān)，而在超高效電機(jī)上如何做到小型化與輕量化則是大量專家學(xué) 者現(xiàn)在關(guān)注的焦點(diǎn)所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量 化方法，W實(shí)現(xiàn)高效感應(yīng)電機(jī)的小型化與輕量化。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。
[0006] -種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法，包括：
[0007] 步驟1、根據(jù)高效感應(yīng)電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)要求給出高效感應(yīng)電機(jī)的尺寸及電 磁設(shè)計(jì)總體目標(biāo)；
[000引步驟2、在保持=圓不變的條件下，根據(jù)對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲、諧波磁場(chǎng)、熱負(fù)荷及電負(fù) 荷的考慮，對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩選及評(píng)價(jià)；
[0009] 步驟3、在步驟(2)中的高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)篩選的結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)高效感 應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確定高效感應(yīng)電機(jī)的可行性方案集；
[0010] 步驟4、在步驟(3)確定的高效感應(yīng)電機(jī)可行方案集的基礎(chǔ)上，采用電機(jī)電磁設(shè)計(jì) 計(jì)算程序計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè)電磁參數(shù)，選定高效感應(yīng)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)初步方案；
[0011] 步驟5、在步驟(4)計(jì)算出的高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè)電磁參數(shù)的結(jié)果基礎(chǔ)上，W高效 感應(yīng)電機(jī)的功率因數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流參數(shù)作為約束條件，W高效感應(yīng)電機(jī)的效率和輕 量化為雙目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行效率和輕量化為雙目標(biāo)優(yōu)化，得 到同時(shí)滿足高效感應(yīng)電機(jī)的效率和輕量化要求的最優(yōu)解集；
[0012] 步驟6、在步驟(5)得到的高效感應(yīng)電機(jī)的最優(yōu)解集的基礎(chǔ)上，采用磁路法及電磁 場(chǎng)有限元并行方式通過(guò)電壓平衡方程和效率平衡方程對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和運(yùn)行 數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，若工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù)滿足要求，則轉(zhuǎn)到步驟(7)繼續(xù)計(jì)算，若不滿足 要求，則返回步驟(5 )，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；
[0013] 步驟7、在步驟(6)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，采用 溫度場(chǎng)有限元法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行校核計(jì)算，若溫度場(chǎng)滿足要求，則轉(zhuǎn)到步驟 (8)繼續(xù)計(jì)算，若不滿足要求，則返回步驟(5)，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；
[0014] 步驟8、計(jì)算出優(yōu)化后的高效感應(yīng)電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步方案中各個(gè)元素的 重量比值，如果重量比值符合給定節(jié)材要求，則完成高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)總體方案;如 果重量比值不符合給定節(jié)材要求，則返回步驟5,對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。
[0015] 進(jìn)一步地:所述步驟（1)中，高效感應(yīng)電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格包括:功率、電壓、相繞組連 接方式、相數(shù)及轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，技術(shù)要求包括:效率、功率因數(shù)、絕緣等級(jí)、運(yùn)行方式、溫升限度 及機(jī)械可靠性要求。
[0016] 進(jìn)一步地:所述步驟(2)中，高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn) 子槽型、槽配合、線負(fù)荷及熱負(fù)荷的選擇。
[0017] 進(jìn)一步地:所述步驟(3)中，高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇包括定子槽 型、定子繞組排布方式、轉(zhuǎn)子槽型及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材料的選擇。
[0018] 進(jìn)一步地:所述步驟(4)中，采用電機(jī)電磁設(shè)計(jì)計(jì)算程序計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè) 電磁參數(shù)包括:根據(jù)額定數(shù)據(jù)確定高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組線規(guī)及每槽導(dǎo)體數(shù);采用磁路 法計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)的各部分磁勢(shì);計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)的各個(gè)電磁參數(shù);對(duì)高效感應(yīng)電 機(jī)的工作性能及起動(dòng)性能進(jìn)行計(jì)算。
[0019] 進(jìn)一步地:所述步驟(5)中，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行成本優(yōu)化計(jì) 算時(shí)，優(yōu)化變量選擇遵循=圓不變的原則，優(yōu)化變量選擇為高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組線規(guī) 尺寸、每槽導(dǎo)體數(shù)及定轉(zhuǎn)子槽各尺寸，目標(biāo)函數(shù)為高效感應(yīng)電機(jī)采用各材料的成本之和。
[0020] 進(jìn)一步地:所述步驟(6)中，采用磁路法及電磁場(chǎng)有限元并行方式通過(guò)電壓平衡方 程和效率平衡方程對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，具體步驟為：
[0021] 步驟6.1、建立高效感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)化后二維電磁場(chǎng)有限元模型，編寫(xiě)磁路計(jì)算程 序；
[0022] 步驟6.2、W高效感應(yīng)電機(jī)的電壓方程
弓約束條件進(jìn)行電流 迭代計(jì)算，其中，技為定子每相所加的電源電壓，/為定子=相繞組所流過(guò)的相電流，Ri為定 子每相繞組的電阻，Xle為定子每相漏抗，點(diǎn)為定子繞組上感應(yīng)的=相電動(dòng)勢(shì)。
[00剖步驟6.3、^高效感應(yīng)電機(jī)的功率方程?加2/3 = ?6 = ?加2+?0+?5+?2為約束條件進(jìn)行 轉(zhuǎn)差率迭代計(jì)算，其中，Pcu2為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子銅耗，S為高效感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，Pe為高 效感應(yīng)電機(jī)的電磁功率，Pn為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械損耗，Ps為高效感應(yīng)電機(jī)的雜散損 耗P2為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。
[0024] 步驟6.4、比較步驟6.2采用磁路法計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性、運(yùn)行數(shù)據(jù)和 步驟6.3采用電磁場(chǎng)有限元方法計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性、運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果磁路法和 有限元法同時(shí)滿足
和高效感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)要求，其中，Ui為采 用磁路法得到的定子每相所加的電源電壓，化為采用電磁場(chǎng)有限元方法得到的定子每相所 加電源電壓，Sl為采用磁路法計(jì)算得到的高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，S2為采用電磁場(chǎng)有限元方法 計(jì)算得到的高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率。El和E2分別為滿足迭代要求的殘差；
[0025] 則轉(zhuǎn)到步驟（7)進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元校核，若磁路法和有限元法僅滿足
，不滿足高效電機(jī)設(shè)計(jì)要求時(shí)，則回到步驟5重新優(yōu)化計(jì)算，若 磁路法和有限元法不同時(shí)滿^
，則回到步驟6.1，重新進(jìn)行電 磁場(chǎng)有限元建模及修改磁路法程序。
[0026] 進(jìn)一步地:所述步驟(7)中，采用溫度場(chǎng)有限元法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行校 核計(jì)算的具體步驟為：
[0027] 步驟7.1、建立高效感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)化后二維溫度場(chǎng)有限元模型；
[0028] 步驟7.2、根據(jù)電磁場(chǎng)有限元算出的定子繞組銅耗，轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鐵耗計(jì)算高效 感應(yīng)電機(jī)的熱流密度qv=P/V，其中Qv為高效感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組及鐵屯、上的熱流密度，P為 高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組銅耗、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鐵耗，V為定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組及鐵屯、的體 積。
[0029] 步驟7.3、根據(jù)電磁場(chǎng)有限元迭代出的轉(zhuǎn)差率計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)的機(jī)殼表面散熱 系數(shù)〇 = 9.73 + 14￥日'62和氣隙等效導(dǎo)熱系數(shù)\6:: = 〇.〇〇19.11-2'9日84.1?6日'461"。(3'33361 '。)，口二 rn/Ri，其中，V為高效感應(yīng)電機(jī)機(jī)殼散熱齒間的空氣流速，r。為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑，Ri為 高效感應(yīng)電機(jī)定子內(nèi)徑，Re為流體雷諾數(shù)。
[0030] 步驟7.4、將步驟7.2和7.3計(jì)算出的結(jié)果帶入步驟7.1的溫度場(chǎng)有限元模型中計(jì)算 出高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)，當(dāng)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)不滿盾
和
要求時(shí)，則返回步驟5重新優(yōu)化計(jì)算，其中，Twi為高效感應(yīng)電機(jī)繞組實(shí)測(cè)溫 度，lw2為高效感應(yīng)電機(jī)繞組計(jì)算溫度，Tfel為高效感應(yīng)電機(jī)鐵屯、實(shí)測(cè)溫度，Tfe2為高效感應(yīng)電 機(jī)鐵屯、計(jì)算溫度，E3和E4分別為滿足迭代要求的殘差；
[0031] 若高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)滿巧
要求，則轉(zhuǎn)到步 驟8繼續(xù)對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的輕量化進(jìn)行判斷。
[0032] 進(jìn)一步地:所述步驟(8)中，計(jì)算出優(yōu)化后的高效感應(yīng)電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步 方案中各個(gè)元素的重量比值，如果重量比值符合給定節(jié)材要求，則完成高效感應(yīng)電機(jī)的電 磁設(shè)計(jì)總體方案，包括：
[0033] 獲取高效感應(yīng)電機(jī)的銅重、鐵重和侶重，如其差值滿月
岸中，Gi為高 效感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化后重量，Go為高效感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化前重量，則完成高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 總體方案。
[0034] 由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明實(shí)施例的一種基于粒子 群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法，給出了新的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)多重迭代的 方式，將有限元計(jì)算與解析公式相結(jié)合;采用智能優(yōu)化算法對(duì)超高效電機(jī)成本進(jìn)行優(yōu)化，使 得超高效電機(jī)在性能條件不變的情況下，電機(jī)成本得到有效降低。采用先解析法設(shè)計(jì)后有 限元校核，設(shè)計(jì)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)得到校核。減小了計(jì)算時(shí)所產(chǎn)生的誤差，最后得到的結(jié)果 精確度更高。
[0035] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，運(yùn)些將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其他 的附圖。
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī) 輕量化方法的處理流程圖；
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種大型電機(jī)的二維電磁場(chǎng)求解模型；
[0039] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種大型電機(jī)的二維溫度場(chǎng)求解模型。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0041] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非特意聲明，運(yùn)里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元 件被"連接"或"禪接"到另一元件時(shí)，它可W直接連接或禪接到其他元件，或者也可W存在 中間元件。此外，運(yùn)里使用的"連接"或"禪接"可W包括無(wú)線連接或禪接。運(yùn)里使用的措辭 "和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0042] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非另外定義，運(yùn)里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù) 語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該 理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意 義一致的意義，并且除非像運(yùn)里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0043] 為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解，下面將結(jié)合附圖W幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步 的解釋說(shuō)明，且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0044] 實(shí)施例一
[0045] 該實(shí)施例提供了一種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法 的處理流程如圖1所示，包括如下的處理步驟：
[0046] 步驟（1)、根據(jù)高效感應(yīng)電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)要求給出高效感應(yīng)電機(jī)的主要尺 寸及電磁設(shè)計(jì)總體目標(biāo)；
[0047] 其中，高效感應(yīng)電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格主要包括:功率、電壓、相繞組連接方式、相數(shù)及轉(zhuǎn) 速等數(shù)據(jù)，技術(shù)要求主要包括:效率、功率因數(shù)、絕緣等級(jí)、運(yùn)行方式、溫度限度及機(jī)械可靠 性要求等。
[0048] 步驟(2)、在保持=圓不變的條件下，綜合對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲、諧波磁場(chǎng)、熱負(fù)荷及電 負(fù)荷的考慮，對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜篩選及評(píng)價(jià)，其中，高效感應(yīng)電機(jī)的定 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)至少給定高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子槽型、槽配合、線負(fù)荷及熱負(fù)荷的選擇。其中=圓 不變，指的是定子外徑、定子內(nèi)徑及轉(zhuǎn)子內(nèi)徑尺寸不能改變。
[0049] 步驟(3)、在步驟(2)中的高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)篩選的結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)高效 感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確定高效感應(yīng)電機(jī)的可行性方案集。其中，高效感應(yīng) 電機(jī)的定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)包括定子槽型尺寸、定子繞組排布方式、轉(zhuǎn)子槽型尺寸及 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材料的選擇。
[0050] 步驟(4)、在步驟(3)確定的高效感應(yīng)電機(jī)可行方案集的基礎(chǔ)上，采用電機(jī)電磁設(shè) 計(jì)計(jì)算程序計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè)電磁參數(shù)，選定高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)初步方案。 主要包括:首先根據(jù)額定數(shù)據(jù)及已確定的電機(jī)主要尺寸，對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組線規(guī) 及每槽導(dǎo)體數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算;其次，采用磁路法計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)的各部分磁勢(shì)，得到勵(lì)磁 電抗及磁化電流;再次，計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)的各個(gè)電磁參數(shù)，如：定轉(zhuǎn)子漏抗、定轉(zhuǎn)子電 阻、有效材料的重量和定子電流等參數(shù);最后對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作性能，如定子銅耗、轉(zhuǎn) 子銅耗及鐵屯、損耗，W及起動(dòng)性能，如起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。
[0051] 步驟(5)、在步驟(4)高效感應(yīng)電機(jī)磁路計(jì)算的結(jié)果上，W高效感應(yīng)電機(jī)的功率因 數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流等參數(shù)作為約束條件，W高效感應(yīng)電機(jī)的效率和輕量化為雙目標(biāo)函 數(shù)，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行效率和輕量化為雙目標(biāo)優(yōu)化，得到同時(shí)滿足 高效感應(yīng)電機(jī)的效率和輕量化要求的最優(yōu)解集；
[0052] 在采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行成本優(yōu)化計(jì)算時(shí)，優(yōu)化變量選擇應(yīng)遵 循=圓不變的原則，優(yōu)化變量選擇可W為高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組線規(guī)尺寸、每槽導(dǎo)體數(shù) 及定轉(zhuǎn)子槽各尺寸，目標(biāo)函數(shù)為高效感應(yīng)電機(jī)采用各材料的成本之和，計(jì)算函數(shù)為：
[0化3]
[0054] 適應(yīng)度函數(shù)為分別為，n高效感應(yīng)電機(jī)效率、COS科高效感應(yīng)電機(jī)功率因數(shù)、Tst高 效感應(yīng)電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和I St高效感應(yīng)電機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)。
[0055] 其他費(fèi)用指高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子鑄侶的成本及機(jī)殼等的成本。運(yùn)四項(xiàng)基本指標(biāo)作為 滿足高效感應(yīng)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)限值。對(duì)于約束條件非線性的問(wèn)題，采用SUMT外罰函數(shù)來(lái)解決。通 過(guò)引入進(jìn)罰函數(shù)，把目標(biāo)函數(shù)min/(X)，約束條件&(文)融合成增廣目標(biāo)函數(shù)，它會(huì)懲罰 任何對(duì)約束的違背的趨勢(shì)，強(qiáng)迫非約束優(yōu)化朝著可行域中靠近，最終將具有不等式約束的 優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題調(diào)整為對(duì)增廣目標(biāo)函數(shù)的無(wú)約束最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，其增廣目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造如 下。
[0056]
姐
[0化7] 倒
[005引其中ui(gi)為單位階躍函數(shù);rW為懲罰因子，是一個(gè)按簡(jiǎn)單的比例關(guān)系進(jìn)行遞增 的無(wú)窮序列，0<1'1<00，<^<^<+10-。
[0059] 步驟(6)、在步驟(5)得到的高效感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用磁路法及電 磁場(chǎng)有限元并行方式通過(guò)電壓平衡方程和效率平衡方程對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和主 要運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，若工作特性和主要運(yùn)行數(shù)據(jù)滿足要求，則轉(zhuǎn)到步驟(7)繼續(xù)計(jì) 算，若不滿足要求，則返回步驟(5 )，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算；
[0060] 上述采用磁路法及電磁場(chǎng)有限元并行方式對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和主要運(yùn) 行數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，具體步驟為：
[0061] 步驟6.1、建立高效感應(yīng)電機(jī)的二維電磁場(chǎng)有限元模型，如圖2所示，同時(shí)編寫(xiě)磁路 計(jì)算程序；
[0062] 步驟6.2、W高效感應(yīng)電機(jī)的電壓方若
為約束條件進(jìn)行電流 迭代計(jì)算，其中，技為定子每相所加的電源電壓，/為定子=相繞組所流過(guò)的相電流，扣為定 子每相繞組的電阻，Xle為定子每相漏抗，后為定子繞組上感應(yīng)的=相電動(dòng)勢(shì);得到采用磁 路法計(jì)算出定子每相所加的電源電壓化，采用磁路法計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率S1。
[0063] 步驟6.3、^高效感應(yīng)電機(jī)的功率方程?加2/3 = ?6 = ?加2+?0+?5+?2為約束條件進(jìn)行 轉(zhuǎn)差率迭代計(jì)算，其中，PCU2為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子銅耗，S為高效感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，Pe為高 效感應(yīng)電機(jī)的電磁功率，Pn為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械損耗，Ps為高效感應(yīng)電機(jī)的雜散損 耗P2為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，得到采用電磁場(chǎng)有限元方法計(jì)算出定子每相 所加電源電壓化，采用電磁場(chǎng)有限元方法計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率S2。
[0064] 步驟6.4、比較步驟6.2采用磁路法計(jì)算出的工作特性、主要運(yùn)行數(shù)據(jù)和步驟6.3采 用電磁場(chǎng)有限元方法計(jì)算出的工作特性、主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果磁路法和有限元法同時(shí)滿足
2和高效感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)要求，其中，Ui為采用磁路法得到的定子 每相所加的電源電壓，化為采用電磁場(chǎng)有限元方法得到的定子每相所加電源電壓，S功采用 磁路法計(jì)算得到的高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，S2為采用電磁場(chǎng)有限元方法計(jì)算得到的高效感應(yīng) 電機(jī)轉(zhuǎn)差率。El和E2分別為滿足迭代要求的殘差。則轉(zhuǎn)到步驟(7)進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元校核，若 磁路法和有限元法僅滿丈
，不滿足高效電機(jī)設(shè)計(jì)要求時(shí)，則回 到步驟（5)重新優(yōu)化計(jì)算，若磁路法和有限元法不同時(shí)滿巧
則回到步驟6.1，重新進(jìn)行電磁場(chǎng)有限元建模及修改磁路法程序。
[0065] 步驟(7)、在步驟(6)電磁場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用溫度場(chǎng)有限元法對(duì)高效感應(yīng) 電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，若溫度滿足要求，則轉(zhuǎn)到步驟(8)繼續(xù)計(jì)算，若不滿足要求，則返回 步驟(5)，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。
[0066] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種溫度場(chǎng)有限元法的模型如圖3所示，對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)優(yōu) 化結(jié)果進(jìn)行溫度場(chǎng)校核的具體步驟為：
[0067] 步驟7.1、建立高效感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)化后二維溫度場(chǎng)有限元模型；
[0068] 步驟7.2、根據(jù)電磁場(chǎng)有限元算出的定子繞組銅耗，轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鐵耗等計(jì)算高 效感應(yīng)電機(jī)的熱流密度qv=P/V，其中Qv為高效感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組及鐵屯、上的熱流密度，P 為高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組銅耗、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鐵耗，V為定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組及鐵屯、的 體積;步驟7.3、根據(jù)電磁場(chǎng)有限元迭代出的轉(zhuǎn)差率計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)的機(jī)殼表面散熱系數(shù) 曰=9.73+14￥日'日哺氣隙等效導(dǎo)熱系數(shù)人6:: = 0.0019.11-2'9日84*1?6日'4日1"。 (3'333日1叫)，其中，乂為 高效感應(yīng)電機(jī)機(jī)殼散熱齒間的空氣流速，r。為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑，Ri為高效感應(yīng)電機(jī)定 子內(nèi)徑，Re為流體雷諾數(shù);步驟7.4、將步驟7.2和7.3計(jì)算出的結(jié)果帶入步驟7.1的溫度場(chǎng)有 限元模型中計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)。當(dāng)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度結(jié)果不滿足
要求時(shí)則返回步驟(5)重新優(yōu)化計(jì)算，若滿足要求則轉(zhuǎn)到 步驟(8)繼續(xù)對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的輕量化進(jìn)行判斷，其中，Twi為高效感應(yīng)電機(jī)繞組實(shí)測(cè)溫度， lw2為高效感應(yīng)電機(jī)繞組計(jì)算溫度，Tfel為高效感應(yīng)電機(jī)鐵屯、實(shí)測(cè)溫度，Tfe2為高效感應(yīng)電機(jī) 鐵屯、計(jì)算溫度，63和64分別為滿足迭代要求的殘差。。
[0069] 步驟(8)、在步驟(7)溫度場(chǎng)校核符合高效感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，對(duì)優(yōu)化后 高效感應(yīng)電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步方案中計(jì)算出的重量進(jìn)行重量比值計(jì)算，如果重量比 值符合給定節(jié)材要求，即確定高效感應(yīng)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)總體方案，完成設(shè)計(jì)要求;如果重量比 值不符合給定節(jié)材要求，則返回步驟(5)，對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。
[0070] 上述對(duì)優(yōu)化后電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步方案中計(jì)算出的重量進(jìn)行差值計(jì)算，主 要重量應(yīng)包含高效感應(yīng)電機(jī)的銅重、鐵重和侶重。如果重量比值符合給定節(jié)材要求，滿足
I其中，Gl為高效感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化后重量，柄為高效感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化前重量，ES為設(shè) 定的闊值，即確定高效感應(yīng)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)總體方案；
[0071] 如果重量比值不符合給定節(jié)材要求，不滿足
則重新返回步驟巧)重 新優(yōu)化計(jì)算。
[0072] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例的一種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī) 輕量化算法，與傳統(tǒng)方法相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0073] 1、給出了新的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)多重迭代的方式，將有限元計(jì)算與解析公式相結(jié)合。 實(shí)現(xiàn)了高效感應(yīng)電機(jī)輕量化的目標(biāo)，并采用多物理場(chǎng)對(duì)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行校核，保證計(jì)算 結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0074] 2、采用智能優(yōu)化算法對(duì)超高效電機(jī)成本進(jìn)行優(yōu)化，使得超高效電機(jī)在性能條件不 變的情況下，電機(jī)成本得到有效降低。
[0075] 3、采用先解析法設(shè)計(jì)后有限元校核，設(shè)計(jì)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)得到校核。減小了計(jì) 算時(shí)所產(chǎn)生的誤差，最后得到的結(jié)果精確度更高。
[0076] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解:附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0077] 本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部 分互相參見(jiàn)即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于裝置或 系統(tǒng)實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所W描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見(jiàn)方法 實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。W上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的，其中所述作為 分離部件說(shuō)明的單元可W是或者也可W不是物理上分開(kāi)的，作為單元顯示的部件可W是或 者也可W不是物理單元，即可W位于一個(gè)地方，或者也可W分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？蒞根 據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下，即可W理解并實(shí)施。
[0078] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護(hù)范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化方法，其特征在于，包 括： 步驟1、根據(jù)高效感應(yīng)電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)要求給出高效感應(yīng)電機(jī)的尺寸及電磁設(shè) 計(jì)總體目標(biāo)； 步驟2、在保持三圓不變的條件下，根據(jù)對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲、諧波磁場(chǎng)、熱負(fù)荷及電負(fù)荷的 考慮，對(duì)尚效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進(jìn)彳丁篩選及評(píng)價(jià)； 步驟3、在步驟(2)中的高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)篩選的結(jié)果基礎(chǔ)上，對(duì)高效感應(yīng)電 機(jī)的定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇，確定高效感應(yīng)電機(jī)的可行性方案集； 步驟4、在步驟(3)確定的高效感應(yīng)電機(jī)可行方案集的基礎(chǔ)上，采用電機(jī)電磁設(shè)計(jì)計(jì)算 程序計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè)電磁參數(shù)，選定高效感應(yīng)電機(jī)電磁設(shè)計(jì)初步方案； 步驟5、在步驟(4)計(jì)算出的高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè)電磁參數(shù)的結(jié)果基礎(chǔ)上，以高效感應(yīng) 電機(jī)的功率因數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流參數(shù)作為約束條件，以高效感應(yīng)電機(jī)的效率和輕量化 為雙目標(biāo)函數(shù)，采用粒子群算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行效率和輕量化為雙目標(biāo)優(yōu)化，得到同 時(shí)滿足高效感應(yīng)電機(jī)的效率和輕量化要求的最優(yōu)解集； 步驟6、在步驟(5)得到的高效感應(yīng)電機(jī)的最優(yōu)解集的基礎(chǔ)上，采用磁路法及電磁場(chǎng)有 限元并行方式通過(guò)電壓平衡方程和效率平衡方程對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù) 進(jìn)行迭代計(jì)算，若工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù)滿足要求，則轉(zhuǎn)到步驟(7)繼續(xù)計(jì)算，若不滿足要求， 則返回步驟(5)，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算； 步驟7、在步驟(6)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，采用溫度 場(chǎng)有限元法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行校核計(jì)算，若溫度場(chǎng)滿足要求，則轉(zhuǎn)到步驟(8)繼 續(xù)計(jì)算，若不滿足要求，則返回步驟(5)，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算； 步驟8、計(jì)算出優(yōu)化后的高效感應(yīng)電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步方案中各個(gè)元素的重量 比值，如果重量比值符合給定節(jié)材要求，則完成高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)總體方案;如果重 量比值不符合給定節(jié)材要求，則返回步驟5,對(duì)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟（1)中，高效感應(yīng)電機(jī)的產(chǎn)品規(guī)格包括:功率、電壓、相繞組連接方式、 相數(shù)及轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，技術(shù)要求包括:效率、功率因數(shù)、絕緣等級(jí)、運(yùn)行方式、溫升限度及機(jī)械 可靠性要求。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(2)中，高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)包括高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子槽 型、槽配合、線負(fù)荷及熱負(fù)荷的選擇。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(3)中，高效感應(yīng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇包括定子槽型、定子 繞組排布方式、轉(zhuǎn)子槽型及轉(zhuǎn)子導(dǎo)條材料的選擇。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(4)中，采用電機(jī)電磁設(shè)計(jì)計(jì)算程序計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)內(nèi)各個(gè)電磁參 數(shù)包括:根據(jù)額定數(shù)據(jù)確定高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組線規(guī)及每槽導(dǎo)體數(shù);采用磁路法計(jì)算 高效感應(yīng)電機(jī)的各部分磁勢(shì);計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)的各個(gè)電磁參數(shù);對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工 作性能及起動(dòng)性能進(jìn)行計(jì)算。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(5)中，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)進(jìn)行成本優(yōu)化計(jì)算時(shí)， 優(yōu)化變量選擇遵循三圓不變的原則，優(yōu)化變量選擇為高效感應(yīng)電機(jī)的定子繞組線規(guī)尺寸、 每槽導(dǎo)體數(shù)及定轉(zhuǎn)子槽各尺寸，目標(biāo)函數(shù)為高效感應(yīng)電機(jī)采用各材料的成本之和。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(6)中，采用磁路法及電磁場(chǎng)有限元并行方式通過(guò)電壓平衡方程和效 率平衡方程對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，具體步驟為： 步驟6.1、建立高效感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)化后二維電磁場(chǎng)有限元模型，編寫(xiě)磁路計(jì)算程序； 步驟6.2、以高效感應(yīng)電機(jī)的電壓方程- Z；：為約束條件進(jìn)行電流迭代 計(jì)算，其中，Cj為定子每相所加的電源電壓，/為定子三相繞組所流過(guò)的相電流，辦為定子每 相繞組的電阻，XleS定子每相漏抗，左為定子繞組上感應(yīng)的三相電動(dòng)勢(shì)； 步驟6.3、以高效感應(yīng)電機(jī)的功率方程PCu2/s = Pe = PCu2+Pfi+Ps+P2為約束條件進(jìn)行轉(zhuǎn)差 率迭代計(jì)算，其中，Pcu2為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子銅耗，s為高效感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，Pe3為高效感 應(yīng)電機(jī)的電磁功率，Ρω為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械損耗，Ps為高效感應(yīng)電機(jī)的雜散損耗P 2S 高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率；步驟6.4、比較步驟6.2采用磁路法計(jì)算出高效感應(yīng)電機(jī)的工作特性、運(yùn)行數(shù)據(jù)和步驟 6.3采用電磁場(chǎng)右阻元卞·法彳+管m高溈咸心由機(jī)的工作特性、運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果磁路法和有限 元法同時(shí)滿足 和高效感應(yīng)電機(jī)設(shè)計(jì)要求，其中，山為采用磁 路法得到的定子每相所加的電源電壓，U2為采用電磁場(chǎng)有限元方法得到的定子每相所加電 源電壓，S1為采用磁路法計(jì)算得到的高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率，82為采用電磁場(chǎng)有限元方法計(jì)算 得到的高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)差率。ει和ε2分別為滿足迭代要求的殘差； 則轉(zhuǎn)到步驟(7)進(jìn)行溫度場(chǎng)有限元校核，若磁路法和有限元法僅滿』和a不滿足高效電機(jī)設(shè)計(jì)要求時(shí)，則回到步驟5重新優(yōu)化計(jì)算，若磁路法和有限元 法不同時(shí)滿丨則回到步驟6.1，重新進(jìn)行電磁場(chǎng)有限元建模 及修改磁路法程序。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(7)中，采用溫度場(chǎng)有限元法對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)進(jìn)行校核計(jì)算 的具體步驟為： 步驟7.1、建立高效感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)化后二維溫度場(chǎng)有限元模型； 步驟7.2、根據(jù)電磁場(chǎng)有限元算出的定子繞組銅耗，轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鐵耗計(jì)算高效感應(yīng) 電機(jī)的熱流密度qv = P/V，其中qv為高效感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組及鐵心上的熱流密度，P為高效 感應(yīng)電機(jī)的定子繞組銅耗、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鐵耗，V為定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組及鐵心的體積； 步驟7.3、根據(jù)電磁場(chǎng)有限元迭代出的轉(zhuǎn)差率計(jì)算高效感應(yīng)電機(jī)的機(jī)殼表面散熱系數(shù)α = 9.73+14vQ·62和氣隙等效導(dǎo)熱系數(shù) Aeff = 0.0019 · η-2·_ · !^?4614111(3'33361 4)，11 = 5/1^，其中，￥為高效感應(yīng)電機(jī)機(jī)殼散熱 齒間的空氣流速，r。為高效感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子外徑，R1為高效感應(yīng)電機(jī)定子內(nèi)徑，Re為流體雷諾 數(shù)； 步驟7.4、將步驟7.2和7.3計(jì)算出的結(jié)果帶入步驟7.1的溫度場(chǎng)有限元模型中計(jì)算出高 效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)，當(dāng)高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)不滿足要求時(shí)，則返回步驟5重新優(yōu)化計(jì)算，其中，Twl為高效 感應(yīng)電機(jī)繞組實(shí)測(cè)溫度，Tw2為高效感應(yīng)電機(jī)繞組計(jì)算溫度，Tfel為高效感應(yīng)電機(jī)鐵心實(shí)測(cè)溫 度，Tfe32為高效感應(yīng)電機(jī)鐵心計(jì)算溫度，ε3和ε4分別為滿足迭代要求的殘差； 若高效感應(yīng)電機(jī)的溫度場(chǎng)滿5要求，則轉(zhuǎn)到步驟8繼 續(xù)對(duì)高效感應(yīng)電機(jī)的輕量化進(jìn)行判斷。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群-多物理場(chǎng)協(xié)同優(yōu)化的高效感應(yīng)電機(jī)輕量化算法， 其特征在于:所述步驟(8)中，計(jì)算出優(yōu)化后的高效感應(yīng)電機(jī)的重量與電磁設(shè)計(jì)初步方案中 各個(gè)元素的重量比值，如果重量比值符合給定節(jié)材要求，則完成高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì) 總體方案，包括： 獲取高效感應(yīng)電機(jī)的銅重、鐵重和鋁重，如其差值滿丨 其中，G1S高效感 應(yīng)電機(jī)優(yōu)化后重量，Go為高效感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化前重量，則完成高效感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)總體 方案。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106021706SQ201610327002
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】李棟, 李偉力, 王蒲瑞, 李錦洲, 趙炳榮, 曹君慈, 張曉晨, 李琳, 曾建軍, 馬祥宏, 曹釗濱, 張智娟, 沈稼豐
【申請(qǐng)人】北京交通大學(xué)