[发明专利]数值计算与解析分析相结合参数协同优化电机设计方法

摘要

本发明属于电气技术领域，具体涉及数值计算与解析分析相结合参数协同优化电机设计方法，采用数值计算研究电机内电磁、温度、流体、热应力、振动、噪声等物理参量变化，归纳出以结构件尺寸为变量的电磁性能解析表达函数簇，不同组件最高工作温度和最大温差解析函数，最大热应力解析表达函数，电机电磁噪声变化函数，组件不同方向最大振动模态值和固有频率的解析表达函数，进而统筹综合考虑电机各方面性能开展结构件尺寸的精细化设计，大幅度提高各项性能指标计算准确性；采用非均衡相对双向加权方法改造目标函数，消除了不同性能指标本身数值大小对结算结果的影响；在智能优化算法中引入了量子计算，使算法具有更好的种群多样性，全局寻优能力和更快的收敛速度。

主权项

数值计算与解析分析相结合参数协同优化电机设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)非线性电磁场计算分析：通过电机内非线性电磁场数值计算，得到电机磁场分布和电磁性能参数随电机结构件尺寸变化规律，归纳出以结构件尺寸为变量的电磁性能解析表达函数簇；步骤2)电磁、流体、温度多重收敛迭代物理场耦合分析：通过电机内电磁、流体、温度多重收敛迭代物理场耦合计算，确定电机全域瞬态温度分布规律，找出电机不同组件最高工作温度和最大温差随结构尺寸变化规律，归纳总结出以结构件尺寸为变量的不同组件最高工作温度变化函数和最大温差变化解析函数；步骤3)全域瞬态热应力场分析：考虑不同组件材料的导热系数和膨胀系数，基于电机全域瞬态温度场得到工作时电机内其膨胀或收缩受阻的热应力分布，归纳总结出以结构件尺寸为变量的不同组件最大热应力解析表达函数；步骤4)工作频率下多阶振动模态数值计算：数值计算不同结构件尺寸下电机气隙谐波分量大小变化规律，计算推导出以结构件尺寸为变量的电机电磁噪声变化函数；步骤5)电机气隙谐波磁场与磁密波分量数值计算分析：计及不同组件材料的弹性模量和泊格比，电机工作频率下多阶振动模态数值计算，得到定子铁心，绕组，转子不同方向最大振动模态值和固有频率的解析表达函数，随电机尺寸的变化；步骤6)确定函数基本约束条件，确定变量变化范围；步骤7)加权，经过加权集合，使得上述电磁输出性能参数函数，温度分布函数，热应力函数，电磁噪声函数，振动固有频率函数集成为单一综合优化目标优化函数，加权因子ωi满足j＝n+m+o+p，n为电磁性能解析表达函数簇函数的自变量个数，m为温度变化函数的自变量个数，o为热应力解析表达函数的自变量个数，p为振动固有频率的解析表达函数的自变量个数；步骤8)通过计算找出最优解；步骤9)按照得到最优解的结构件尺寸变量完善电机整体设计方案；步骤10)绘制电机各组件加工图纸，线切割模具，冲模、叠压、绕线、嵌线、浸漆、装配，试验测定电机实际电磁、温升、振动和噪声指标合格后，方案定型并批量生产。