基于NSGA-II算法的高速永磁电机优化设计研究

摘要

高速永磁电机以高功率密度、高效率、可连接高速负载等优点，广泛应用于高速机床、高速离心机、飞轮储能等设备中，从而受到了国内外学者的广泛关注。高速永磁电机的转子线速度通常超过10000r/min，经过特别设计的永磁电机转速甚至可以更高，这时转子将承受巨大的离心力，其中高速内置式永磁电机由于永磁体内嵌于转子内部，可以克服高速旋转时所受到的离心作用，机械结构稳定，在新能源电动汽车中得到了广泛应用。
　　本研究分析了高速内置式永磁电机优化设计的背景与意义，介绍了国内外关于高速永磁电机优化设计的研究现状，对比了各种优化方法的优缺点，提出了可以针对高速永磁电机的多目标进行优化的设计方法。针对高速内置式永磁电机的目标函数，推导建立了它们的解析模型。利用绕组函数法推导了在非饱和状态下的交直轴电感；利用等效磁路法(MEC)推导了永磁体磁链解析式，从而建立了电机的解析模型，作为电机优化的目标函数。在NSGA-II算法的基础上，针对高速内置式永磁电机进行了优化设计，包括转子参数结构的初步优化与定子参数的二次优化；初步优化目标选取了最小电流控制时的最大转矩(MTPA)与弱磁空间为优化目标，优化变量为永磁体径向充磁长度、永磁体宽度、电机气隙长度与电机定子内径，利用解析算式进行转子结构的优化，利用MATLAB对NSGA-II算法进行编程，种群数为50，迭代次数为50，得到的一组最优转子结构参数是由NSGA-II算法中的Pareto前沿选取的一组符合性能要求的解集；接下来在基于Taguchi法的基础上进行了电机定子结构的局部优化，优化目标选取了最小电流控制时的最大转矩，平均最大转矩，最小转矩波动，优化变量为定子齿顶厚度、定子齿宽、定子齿高度、定子轭宽度，利用Maxwell/Ansoft进行了有限元仿真；经过两次优化得到了一组完整的最优电机定转子结构参数，从而达到了优化电机性能的目的。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题背景及选题意义

1.3 国内外研究现状

1.4 高速永磁电机优化设计面临的问题

1.5 本文主要研究内容

第2章 NSGA-II算法的原理

2.1 传统遗传算法

2.2 NSGA-II算法的原理

2.3本章小结

第3章 高速内置式永磁电机分析模型

3.1 永磁体磁链与交直轴电感分析

3.2 弱磁空间分析

3.3 永磁电机转矩模型分析

3.4 齿槽转矩模型分析

3.5 效率模型分析

3.6 本章小结

第4章 基于NSGA-II算法的多目标优化设计仿真

4.1 基于NSGA-II算法的齿槽转矩与效率的优化设计

4.2 基于NSGA-II与Taguchi算法的转矩与弱磁空间优化设计

4.3本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢