[发明专利]用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法及系统

权利要求书

1.用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立电机散热模型，得出电机初始铜耗阈值；

S2，建立电机电磁模型，以电机初始铜耗阈值为约束条件，以转矩/推力最大为目标，进行电机尺寸优化并获得最优参数；

S3，根据获得最优参数对电机散热模型和电机电磁模型进行迭代更新，实现电机散热模型和电机电磁模型的匹配；

S4，以步骤S3更新后的电机散热模型为对象，对励磁绕组与电枢绕组的线圈面积比和绕组铜耗比进行扫描计算，得到对应的最终铜耗阈值；

S5，以步骤S3更新后的电机电磁模型为对象，以获得的各个最终铜耗阈值为输入，重新计算获得电机的转矩/推力，并通过比较各个转矩/推力数值，得出最优电机设计的参数组合。

2.根据权利要求1所述的用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：

S11，根据选定的绕组绝缘等级，确定绕组温度限值，即电机运行时励磁绕组和电枢绕组允许达到的最高温度；

S12，根据经验设定初始电机设计参数，所述设计参数包括可变参数和固定参数；

S13，根据初始电机设计参数，建立电机散热模型，根据电机散热模型不断更新热源数值，求得绕组达到温度限值时所对应的热源，所述热源为初始铜耗阈值。

3.根据权利要求1所述的用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S1还包括如下步骤：

S14，在电机散热模型中提取出绕组的平均温度，用于确定绕组的热态电阻率。

4.根据权利要求2所述的用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：

S21，根据步骤S12设定的初始电机设计参数，建立电机电磁模型；

S22，以步骤S13所得的初始铜耗阈值为约束条件，在电机电磁模型中对电机设计参数进行迭代寻优；

其中，所述迭代寻优过程中，保持固定参数不变，对可变参数进行调整。

5.根据权利要求4所述的用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：

S31，根据寻优后的电机设计参数，对电机散热模型进行更新，求出绕组达到温度限值时所对应的热源，作为新的铜耗阈值；

S32，将新的铜耗阈值代入电机电磁模型并重复步骤S22的优化过程；

S33，重复电机散热模型与电机电磁模型之间的迭代优化过程，直至某一轮次迭代时，使电机电磁模型优化得到的电机设计参数代入电机散热模型后，计算得到的最高温度与绕组温度限值的差别小于设定的残差阈值，此时终止迭代，表明电机散热模型与电机电磁模型已实现相互匹配；

所述残差阈值的取值范围为3℃-5℃。

6.根据权利要求5所述的用于电励磁开关磁链电机的优化设计方法，其特征在于，步骤S31过程采用如下公式进行计算，估算因初级槽结构发生变化后引起的绕组最高温度变化以及新的铜耗阈值：

上式中，电机温升限值T_d定义为绕组温度限值与冷却流体温度之差；w_ps和h_ps分别为初级槽宽和初级槽深，且对应的变化量分别定义为Δw_ps和Δh_ps；初级线圈和初级铁芯的热导率分别为λ_w和λ_l，l_δ为电机叠厚；N为线圈总个数，即励磁线圈与电枢线圈之和；系数a与绕组结构形式相关，若一个初级槽内有2条线圈边，则a＝1，若一个初级槽内只有1条线圈边，则a＝2；P_co为上一轮的旧铜耗阈值，P_cn为本轮的新铜耗阈值。