[发明专利]多约束条件下基于PSO算法的高速电机转子拓扑优化方法

权利要求书

1.一种多约束条件下基于PSO算法的高速电机转子拓扑优化方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据电机的实际运行工况要求，给出电机的电磁设计目标参数与基本结构，确定优化目标函数；

步骤2：保证电机基本性能参数不变的情况下，确定护套的基本结构和材料；

步骤3：在初始模型和计算目标基础上，保证多约束条件不变，采用电磁计算，得出可优化拓扑与边界条件，并根据热应力与机械应力计算出护套的应力优化区间；

步骤4：根据所述电磁设计目标参数与基本结构，以及所述护套的基本结构和材料，结合电机电磁特性确定不同转子拓扑的等效模型，进行基于改进PSO算法的磁路计算，并通过不同粒子种群迭代得到优化区间内的最优目标；

步骤5：使用电磁场有限元法校核磁路计算的结果和等效模型的合理性，验证磁路计算与实际结果的跟随精度，若满足精度要求则继续计算，否则返回所述磁路计算重新计算；

步骤6：采用温度场有限元法对电机温度进行校核计算，检验拓扑分配的有效性，对优化后高速电机运行性能和电机最高温度与原始方案比较分析。

2.根据权利要求1所述的多约束条件下基于PSO算法的高速电机转子拓扑优化方法，其特征在于，所述的根据电机的实际运行工况要求，给出电机的电磁设计目标参数与基本结构，确定优化目标函数，包括：

所述实际运行工况要求包括：电机的工作时间与相应的转矩和转速；

所述电磁设计目标参数包括：不同转速下的电机功率、效率、功率因数、起动转矩和制动转矩；

所述基本结构包括：电机三圆尺寸、定转子槽型尺寸、绕组形式和冷却方式；

所述优化目标函数是以效率为目标的优化函数。

3.根据权利要求1所述的多约束条件下基于PSO算法的高速电机转子拓扑优化方法，其特征在于，所述的保证电机基本性能参数不变的情况下，确定护套的基本结构、材料和可行厚度区间，包括：

保证电机基本性能参数不变的情况下，确定护套的基本结构、材料和可行厚度区间，综合考虑电机高速运行时转子表面所受到的拉应力易引起不可逆形变、不同厚度的护套有不同的电磁响应，以及不同拓扑的护套对涡流有不同的抑制作用；

所述基本性能参数包括：功率因数、起动电流、起动转矩、线负荷和热负荷；

电机高速运行时转子表面的拉应力较大，易造成外表面的永磁体脱离或转子槽口破裂，护套的材料、厚度与结构会对转子造成不同程度的涡流损耗继而引起转子发热。

4.根据权利要求1所述的多约束条件下基于PSO算法的高速电机转子拓扑优化方法，其特征在于，所述的在初始模型和计算目标基础上，保证多约束条件不变，采用电磁计算，得出可优化拓扑与边界条件，并根据热应力与机械应力计算出护套的应力优化区间，包括：

所述的初始模型是指未进行优化前的电机结构参数，所述优化目标函数是所述的计算目标的数学表达；

所述的保证多约束条件不变包括：保证功率因数、起动转矩和启动电流基本不变；

权衡对优化目标与其余性能的影响，选取所述定子槽参数、转子槽参数、绕组线规和永磁体尺寸的对应变量，并根据磁路计算得到所述对应变量的可优化区间；

所述护套的应力优化区间，在所述护套的基本结构、材料和可行厚度区间的基础上，根据热应力与机械应力计算得出。

5.根据权利要求1所述的多约束条件下基于PSO算法的高速电机转子拓扑优化方法，其特征在于，所述的根据护套的基本结构、材料和可行厚度区间，以及所述可优化参数与可优化区间，得到电机各个部分与不同拓扑的护套在磁路计算中的等效模型，进行基于改进PSO算法的磁路计算，通过不同粒子种群迭代得到优化区间内的最优目标，包括：

将不同拓扑的护套参与到磁路设计中，确定在步骤3的多个约束条件下的优化目标，改进PSO算法中由于随机性引起求解结果的局部最优问题，在此基础上进行磁路迭代计算，利用优化算法的寻优优势找到多种约束下的最优目标。