负载直流绕组感应电压优化方法、系统、终端及存储介质

本发明涉及电机优化，尤其涉及的是负载直流绕组感应电压优化方法、系统、终端及存储介质。

背景技术：

1、随着结构设计与制造工艺的发展，各类新型电机层出不穷，广泛应用于工业生产各个领域。作为电能与机械能相互转换的装置，电机的气隙磁场是实现机电转换的关键。根据磁场产生方式不同，电机主要分为两大类：第一类需要绕组通电流来产生磁场；第二类用永磁体直接产生磁场。电励磁电机成本低、高温性能好且磁场可调节，但系统复杂度高、转矩密度和能效较低。相对的，永磁电机结构简单、转矩密度和效率较高，但磁场调节灵活性较低，存在高温敏感性和退磁问题。混合励磁永磁电机同时存在永磁体和线圈结构，既具有高转矩密度和高效率，又具有优异的磁通可控性。由于两个激励源（永磁体和场励磁线圈激励）的灵活组合，混合励磁永磁电机的拓扑结构多种多样。混合励磁（he）概念首次应用于传统的转子永磁电机，其中永磁电机和励磁线圈都在转子侧,需要滑环和电刷来传导励磁绕组电流，这降低了系统的可靠性。为了实现无刷运行，有专业人士提出了在转子侧安装永磁体、在定子侧安装励磁线圈的混合励磁永磁电机。然而，目前大部分的混合励磁永磁电机都具有三维磁通路径，这导致了电机结构复杂和磁通泄漏问题，进而导致了转矩密度的降低。

2、近年来，永磁体和励磁线圈均在定子侧的混合励磁磁场调制电机(hesfpm)被提出。混合励磁磁场调制电机具有结构简单、无刷运行、磁通可控、高转矩密度等优点，有着良好的应用前景。然而，这类电机存在直流绕组感应电压脉动的问题。直流绕组感应电压脉动的存在会导致直流绕组电流出现纹波，从而导致励磁波动，增加电机控制难度。目前针对绕线励磁同步电机，存在相应的直流绕组感应电压脉动的削弱方法。但是针对混合励磁磁场调制电机，却缺乏相应的直流绕组感应电压脉动的削弱方法。

3、因此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供负载直流绕组感应电压优化方法、系统、终端及存储介质，旨在解决现有技术中缺乏针对混合励磁磁场调制电机的直流绕组感应电压脉动削弱方法的问题。

2、本发明解决问题所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供一种负载直流绕组感应电压优化方法，所述方法包括：

4、确定待优化的目标电机；

5、以预设的电枢绕组铜损、直流绕组槽电流密度、电枢绕组和直流励磁绕组槽填充系数作为约束条件；

6、在所述约束条件下，以平均负载电磁转矩为优化目标，对所述目标电机的参数进行全局优化；

7、全局优化以后，以负载直流绕组感应电压为优化目标，对所述目标电机的转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化。

8、在一种实施方式中，所述目标电机由预设槽数的定子、三相非重叠集中交流电枢绕组、非重叠集中直流励磁绕组、预设片数的周向磁化永磁体以及若干凸极转子组成。

9、在一种实施方式中，所述以平均负载电磁转矩为优化目标，对所述目标电机的参数进行全局优化，包括：

10、以平均负载电磁转矩最大化为优化目标，通过预设的遗传算法对所述目标电机的参数进行全局优化。

11、在一种实施方式中，所述全局优化以后，以负载直流绕组感应电压为优化目标，对所述目标电机的转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化，包括：

12、通过仿真算法预测全局优化以后所述目标电机的负载直流绕组感应电压，并根据预测结果生成所述目标电机的性能评分；

13、若所述性能评分大于评分阈值，则以负载直流绕组感应电压最小化为优化目标，对所述目标电机的转子的斜极角度或者外极弧进行优化；

14、若所述性能评分小于或者等于所述评分阈值，则以负载直流绕组感应电压最小化为优化目标，对所述目标电机的转子的斜极角度和外极弧进行优化。

15、在一种实施方式中，对斜极角度进行优化的方法包括：

16、确定所述目标电机中转子的斜极段数，以负载直流绕组感应电压最小化为优化目标，通过预设的有限元分析算法确定最优斜极角度。

17、在一种实施方式中，对外极弧进行优化的方法包括：

18、获取相邻两个外极弧对应的全部可用弧度组合，其中，每一所述可用弧度组合中的两个弧度不相等；

19、根据全部所述可用弧度组合生成负载直流绕组感应电压的峰峰值和电磁转矩分别对应的三维峰值图；

20、以负载直流绕组感应电压最小化为优化目标，根据两个所述三维峰值图确定最优弧度组合。

21、在一种实施方式中，对斜极角度和外极弧进行优化的方法包括：

22、以所述目标电机的转子的斜极段数、斜极角度以及相邻两个外极弧对应的弧度组合作为待优化的参数集，并以负载直流绕组感应电压和电磁转矩为优化目标，通过预设的全局寻优算法确定最优参数集。

23、第二方面，本发明实施例还提供一种负载直流绕组感应电压优化系统，所述系统包括：

24、确定模块，用于确定待优化的目标电机；

25、约束模块，用于以预设的电枢绕组铜损、直流绕组槽电流密度、电枢绕组和直流励磁绕组槽填充系数作为约束条件；

26、全局优化模块，用于在所述约束条件下，以平均负载电磁转矩为优化目标，对所述目标电机的参数进行全局优化；

27、再次优化模块，用于全局优化以后，以负载直流绕组感应电压为优化目标，对所述目标电机的转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化。

28、第三方面，本发明实施例还提供一种终端，所述终端包括有存储器和一个以上处理器；所述存储器存储有一个以上的程序；所述程序包含用于执行如上述任一所述的负载直流绕组感应电压优化方法的指令；所述处理器用于执行所述程序。

29、第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，所述指令适用于由处理器加载并执行，以实现上述任一所述的负载直流绕组感应电压优化方法的步骤。

30、本发明的有益效果：本发明实施例在对电机参数进行全局优化以后，再对转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化，通过改变转子拓扑结构以抑制对应阶次谐波，从而削弱电机的直流绕组电压脉动。解决了现有技术中缺乏针对混合励磁磁场调制电机的直流绕组感应电压脉动削弱方法的问题。

技术特征：

1.一种负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，所述目标电机由预设槽数的定子、三相非重叠集中交流电枢绕组、非重叠集中直流励磁绕组、预设片数的周向磁化永磁体以及若干凸极转子组成。

3.根据权利要求1所述的负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，所述以平均负载电磁转矩为优化目标，对所述目标电机的参数进行全局优化，包括：

4.根据权利要求1所述的负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，所述全局优化以后，以负载直流绕组感应电压为优化目标，对所述目标电机的转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化，包括：

5.根据权利要求4所述的负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，对斜极角度进行优化的方法包括：

6.根据权利要求4所述的负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，对外极弧进行优化的方法包括：

7.根据权利要求4所述的负载直流绕组感应电压优化方法，其特征在于，对斜极角度和外极弧进行优化的方法包括：

8.一种负载直流绕组感应电压优化系统，其特征在于，所述系统包括：

9.一种终端，其特征在于，所述终端包括有存储器和一个以上处理器；所述存储器存储有一个以上的程序；所述程序包含用于执行如权利要求1-7中任一所述的负载直流绕组感应电压优化方法的指令；所述处理器用于执行所述程序。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，其特征在于，所述指令适用于由处理器加载并执行，以实现上述权利要求1-7任一所述的负载直流绕组感应电压优化方法的步骤。

技术总结本发明公开了负载直流绕组感应电压优化方法、系统、终端及存储介质。通过确定待优化的目标电机；以预设的电枢绕组铜损、直流绕组槽电流密度、电枢绕组和直流励磁绕组槽填充系数作为约束条件；在约束条件下，以平均负载电磁转矩为优化目标，对目标电机的参数进行全局优化；全局优化以后，以负载直流绕组感应电压为优化目标，对目标电机的转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化。本发明在对电机参数进行全局优化以后，再对转子的斜极角度和/或外极弧进行再次优化，通过改变转子拓扑结构以抑制对应阶次谐波，从而削弱电机的直流绕组电压脉动。解决了现有技术中缺乏针对混合励磁磁场调制电机的直流绕组感应电压脉动削弱方法的问题。技术研发人员：孙晓勇,杨芷玉,高聪哲,陈振,刘向东受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4