一种圆筒型开关磁阻电直线电机的结构参数优化方法

摘要

本发明公开一种圆筒型开关磁阻电直线电机的结构参数优化方法，属于电机的优化设计领域，本发明相比目前已有的智能仿生算法具有简单快速、可操作性强、准确度高、容易收敛的特点，并且该发明具有将主观因素与客观因素相结合，定性分析与定量分析相结合的优点，相比常见的单目标优化，本发明可以考虑电机的多个性能指标，本发明首先需要确定电机的优化目标，同时对优化目标关于结构参数的灵敏度进行定性分析，其次要通过优化目标建立电机整体性能的评价函数，确定各个优化目标在电机整体性能中的权重，定义电机整体性能关于结构参数的灵敏度，并进行定量分析，结合定性分析选择对电机性能灵敏的参数，从而确定待优化结构参数，通过计算评价函数的值，得到电机的最终结构参数值。

说明书

技术领域

本发明涉及圆筒型开关磁阻直线电机的结构参数优化设计，具体涉及到了电机优化目标权重和电机整体性能评价函数的计算。

背景技术

开关磁阻直线电机是一种特种电机，它是由传统的旋转型开关磁阻电机演变而来，旋转型开关磁阻电机的基本结构及原理可追朔到19世纪40年代，开关磁阻直线可以认为是旋转型开关磁阻电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转型开关磁阻电机沿着电机径向剖开，然后拉平而来。目前，开关磁阻直线电机系统有着良好的应用前景，如物流运输系统、电梯牵引系统、信息与自动化系统、轨道交通系统、军事系统、以及直驱式海浪发电系统等。开关磁阻直线电机按照结构可以分为圆筒型开关磁阻直线电机和平板型开关磁阻直线电机，按照电机内部磁通的磁路类型可分为横向磁通型开关磁阻直线电机与纵向磁通型开关磁阻直线电机。开关磁阻直线电机凭借着良好的性能，吸引了越来越多的学者对这种电机进行深入研究，与其他不同类型的直线电机相比，开关磁阻直线电机有着很多的优势，与永磁直线电机相比，由于开关磁阻直线电机内部没有永磁体，同体积下它比永磁直线电机的成本低，与直线感应电机相比，开关磁阻直线电机效率也更高。但是开关磁阻直线电机仍存在一些缺点，如开关磁阻直线电机电磁力密度较低，在运行时振动明显，噪音较大，普通平板型开关磁阻直线电机的法向不平衡力和边端效应较为明显，横向磁通型的圆筒行开关磁阻直线电机由于自身独特的结构，从而可以很好地改善平板型开关磁阻直线电机的纵向边端效应，并且可以消除法向不平衡力。而电机优化设计方法可以分为多属性决策算法和智能仿生算法，智能仿生算法具有较强的全局搜索能力，易于编程，但迭代时间较长，容易陷入局部最优解，从而使优化结果不理想，同时这种方法在计算速度和精度上也有待提高，多属性决策优化算法基于统计学理论，通过构造电机整体性能的评价函数和权重计算进行实现。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种计算速度快、准确度高、操作性强、易于实现、优化效果明显的圆筒型开关磁阻电直线电机的结构参数优化方法。

本发明的有益效果有：

(一)所提圆筒型开关磁阻直线电机的结构参数优化方法为多属性决策算法，计算量不大，并且易于实现和收敛。(二)通过分别对电机性能关于结构参数的灵敏度进行了定性分析和定量分析，排除了对电机性能影响不明显的参数，筛选出了对电机性能影响明显的参数作为待优化结构参数，保证了优化结果的准确性和有效性。(三)将实施者的主观因素与客观因素相结合，合理地确定了各个优化目标在电机整体性能中的权重，可以使优化后的电机性能有较大提升。

附图说明

图1是本发明一种圆筒型开关磁阻电直线电机的结构参数优化方法流程图。

图2是本发明一种圆筒型开关磁阻电直线电机的结构参数优化方法实施的电机结构图。

图3是本发明实施例的气隙厚度g对各优化目标的影响

图4是本发明实施例的动子磁极高度H

图5是本发明实施例的定子轭厚度H

图6是本发明实施例的定子铁磁环厚度L

图7是本发明实施例的定子磁极宽度W

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

选择电机的平均静态电磁力F

建立电机整体性能的评价函数：

其中，f

确定电机的各个优化目标在整体性能中所占的权重。在电机的三个性能指标中，平均静态电磁力F

表1判断矩阵

对判断矩阵进行一致性检验。表1的3阶判断矩阵的最大特征根λ

定义电机整体性能对于结构参数的灵敏度：

式(2)中，f

将定量分析与定性分析相结合确定电机的待优化结构参数。从附图3到附图7可以分别看出，这五个结构参数对电机三个优化目标的影响程度是不同的，其中定子轭厚和定子磁极高度对电机影响较小。在气隙厚度g、动子磁极高度H

计算评价函数的值确定电机的最终结构参数值。表2为电机的结构参数取不同值时，评价函数F

表2评价函数F

通过本发明优化后的圆筒型开关磁阻直线电机的性能与优化前的电机性能对比效果如表3所示，表3说明这种结构参数优化方法具有很好的效果。

表3优化前后电机性能的对比