【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁电机，具体涉及一种微型单相永磁同步电机设计方法。
技术介绍
1、微型单相永磁同步电动机具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等优点。应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。根据应用场景的需求，设计出最优的电机变得尤为重要。
2、现行的主流设计方法是使用电机仿真软件，利用软件内嵌的电机模型进行数值计算，然后再根据计算结果进行实验验证。常见的软件包括matlab提供的simulink仿真工具，ansoft公司的maxwell 2d的仿真环境，ansys等。使用这些软件存在以下不足：(1)收费软件，使用成本昂贵；(2)软件仿真的计算精度取决于电机模型建立的精细程度。建模越细致，考虑因素越多，计算消耗资源越多，计算速度越慢。目前的有限元计算软件还无法处理电机设计中遇到的多参数寻优问题；(3)主流仿真软件对于电机的温升仿真误差很大，效果不理想，这是因为热场、电磁场耦合计算的参数无法精确给出；(4)主流仿真软件无法考虑电机的制造成本等经济因素，因而无法在考虑成本的条件下给出合理的设计方案。
3、相比于普通电机，微型单相永磁同步电机的组装用料少，周期短，实验验证成本低。设计时往往要考虑多个参数，比如匝数、漆包线直径、重量、转子直径、爪极宽度等，并且要同时考虑温升、电感、扭矩、功率满足最优值的条件下生产成本尽可能低。在复杂的场景条件下，仿真软件计算误差较大，无法处理多参数寻优。因此我国企业现在采用的仍然是大量实验验证结合经验
技术实现思路
1、本专利技术针对上述问题，公开了一种微型单相永磁同步电机设计方法，解决了当前单相同步永磁电机研发周期过长，单次实验成本过高的难点，提供了一种高效、低成本、高精度的电机设计方法。在电机整体尺寸一定时，线圈匝数、爪极宽度和转子直径是决定电机性能(扭矩、温升和电感)的重要参数。为了使电机具有高扭矩、低温升和低电感的性能，电机的线圈匝数、大爪极宽度、小爪极宽度和转子直径参数由如下方法分步得到：
2、一种微型单相永磁同步电机设计方法，具体步骤如下：
3、步骤1、设计四因素实验表。在微型电机制造条件允许的范围内，对线圈匝数、大爪极宽度、小爪极宽度和转子直径四类参数，设计正交实验表和设计随机实验参数表；
4、步骤2、按照步骤1中实验参数表进行实验，在固定电流、线圈材料条件下测量电机的温升、电感和扭矩，获得原始实验数据；
5、步骤3、使用径向基函数(rbf)神经网络结合交叉验证法对步骤2中测量到的原始实验数据进行训练，输入变量为线圈匝数、转子直径、大爪极宽度和小爪极宽度，输出变量为电感、扭矩、温升；
6、步骤4、使用包含梯度算法和精英策略的多目标遗传算法得到电机最优参数值，并通过进一步实验验证得到最终的电机参数，优化变量为线圈匝数、转子直径、大爪极宽度和小爪极宽度，将优化变量的值输入步骤3中已经训练好的rbf神经网络中即可输出得到电机的电感、温升和扭矩值。
7、作为优选方案，所述步骤2中测量同一型号大批量电机的温升方法，步骤如下：
8、步骤2.1、使用温升测量仪器对部分样品电机进行测量，得到稳态下电机外壳和内芯的温升数据，将这些数据代入公式(1)拟合得到参数a和b，公式(1)形式如下：
9、t1＝at2+b
10、式中t2为电机外壳温度，t1为电机内芯温度，参数a和b主要由电机的整体厚度和电机材料的热传导属性决定；
11、步骤2.2、对剩余待测样品，测量电机运行初期电机外壳温度随时间变化的数据，将该数据代入公式(2)中拟合得到参数k，b，a，并计算得到稳定条件下电机外壳的温升，公式(2)形式如下：
12、
13、步骤2.3、得到电机外壳稳定温度后再根据步骤1中拟合得到的公式(1)得到稳定状态下的电机内芯温度t1。
14、作为优选方案，所述步骤3中对原始实验数据的训练方法，步骤如下：
15、步骤3.1、将原始实验数据随机等分成10份，每份占数据总量的10％；
16、步骤3.2、依次选取其中的1份做为验证集，剩下的9份作为训练集，使用rbf神经网络进行训练，共训练10次，得到10组学习网络；
17、步骤3.3、输出变量的值由10组网络预测的平均值得到；
18、步骤3.4、计算10次验证精度的平均值，作为训练网络的最终精度来评估网络性能。当网络性能满足需求时，停止训练，得到最终的rbf神经网络。
19、作为优选方案，所述步骤4中确定最优参数值的方法，步骤如下：
20、步骤4.1、对线圈匝数、爪极宽度和转子直径采用实数编码，其中对线圈匝数和转子直径的实数解还要进行取整运算得到整数解；
21、步骤4.2、随机均匀产生初始种群；
22、步骤4.3、使用锦标赛选择法，选择父代染色体进行模拟二进制交叉操作得到子代；
23、步骤4.4、以一定概率对子代进行多项式变异操作；
24、步骤4.5、以一定概率对子代染色体解进行梯度下降运算得到局部最优解；
25、步骤4.6、将父代种群与子代种群合并为待选种群，并执行快速非支配排序、计算拥挤度、精英策略操作生成新的父代种群；
26、步骤4.7、反复迭代直至找到最优解；
27、步骤4.8、对最优参数解进行实验验证，综合考虑成本和工艺复杂度，确定最终参数值。
28、本专利技术的有益效果体现在：
29、1、解决了当前微型单相同步永磁电机产品研发周期长的问题。
30、2、解决了电机设计时大批量测量温升实验耗时长的问题。
31、3、降低了电机产品研发成本。
32、4、使用本专利技术提供的方法设计电机，能够全面提升电机的所有性能，改变了目前尚无有效方法在电机设计时进行多目标寻优的现状。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种微型单相永磁同步电机设计方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种微型单相永磁同步电机设计方法，其特征在于，所述步骤2中测量同一型号大批量电机的温升方法，步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种微型单相永磁同步电机设计方法，其特征在于，所述步骤3中对原始实验数据的训练方法，步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种微型单相永磁同步电机设计方法，其特征在于，所述步骤4中确定最优参数值的方法，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种微型单相永磁同步电机设计方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种微型单相永磁同步电机设计方法，其特征在于，所述步骤2中测量同一型号大批量电机的温升方法，步骤如下：
3.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：金纯骏，
申请(专利权)人：宁波九菱电机有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。