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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直驱电机仿真的,具体涉及一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法及装置。
技术介绍
1、直驱电机,是一种将电能直接转换为机械能的装置,无需通过中间传动机构如变速箱、皮带等。这种电机具有高效率、高功率密度、高精度和快速响应等优点,因此在风电、新能源汽车、工业自动化等领域得到了广泛应用。在直驱电机的研发过程中,仿真方法起到了至关重要的作用。通过仿真可以模拟实际运行环境,对电机的性能进行预测和评估,为电机的设计和优化提供理论依据。然而,直驱电机在运行过程中涉及到电磁场、温度场等多个物理场的耦合作用,这些耦合效应使得电机的性能预测和优化设计变得复杂而困难。
2、传统的温度场仿真往往对精度的要求不高,为了简化计算和提高计算效率,在进行温度计算时,将电机内部的风阻损耗作为机械损耗的表征,忽略了轴承摩擦导致的温升,导致仿真结果准确度低。但这种方法可以满足单温度场的精度要求,不能满足温度场与其他物理场耦合计算的精度要求,导致在进行磁热耦合时,不能准确的反映温度场对磁场的影响,从而降低了仿真的准确度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就在于解决上述
技术介绍
中提到的仿真准确度低的问题,而提出一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法及装置。
2、本专利技术实施的第一方面,提供了一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,所述方法包括:
3、s101,获取目标电机的仿真输入数据;所述仿真输入数据包括几何模型、材料特性和运行条件;所述运行条件包括初始温度;
5、s103,根据所述初始温度和所述材料特性,计算得到材料属性值;
6、s104,根据所述第一有限元网格和所述材料属性值,进行电磁场计算,得到磁场分布和电磁损耗;
7、s105,根据所述几何模型和所述运行条件,计算机械损耗;所述机械损耗包括风阻损耗和摩擦损耗;
8、s106,将所述电磁损耗和所述机械损耗作为热源,根据所述第二有限元网格,进行温度场计算,得到温度分布;
9、s107,根据所述温度分布,更新所述材料属性值,并计算迭代差异度;
10、s108,若所述迭代差异度小于第一预设阈值,则输出仿真结果;否则,返回步骤s104。
11、可选的,所述根据所述仿真输入数据,生成第一有限元网格和第二有限元网格包括:
12、根据目标电机的仿真输入数据,提取第一特征数据;所述第一特征数据包括几何特征、材料特征和运行条件特征;
13、将所述第一特征数据进行标准化处理,得到第二特征数据;
14、将所述第二特征数据作为预训练的第一机器学习模型的输入,得到第一初始划分策略,并根据所述第一初始划分策略生成第一初始网格;
15、根据所述第一初始网格进行电磁场计算,并根据误差估计方法对所述第一初始网格进行迭代调整,得到第一有限元网格;
16、将所述第二特征数据作为预训练的第二机器学习模型的输入,得到第二初始划分策略,并根据所述第二初始划分策略生成第二初始网格;
17、根据所述第二初始网格进行温度场计算,并根据误差估计方法对所述第二初始网格进行迭代调整,得到第二有限元网格。
18、可选的,所述根据所述几何模型和所述运行条件,计算机械损耗包括:
19、计算风阻损耗:
20、其中,pm是所求风阻损耗;ac是修正后的阻力系数;是空气密度;l是转子长度;ω是转子旋转的角速度;dr是转子外径;rf是转子周表面粗糙度;k是常数; 是转子表面光滑时的阻力系数;re1是径向雷诺数;re2是轴向雷诺数;和是常数; 是气隙长度;μ是空气运动粘度;v是空气轴向流动速度;
21、计算摩擦损耗:
22、其中,pf是所求摩擦损耗;f是轴承的摩擦系数;m是转子质量;dr是转子外径;ω是转子旋转的角速度。
23、可选的,所述将所述电磁损耗和所述机械损耗作为热源,根据所述第二有限元网格,进行温度场计算,得到温度分布包括:
24、根据所述材料属性值,计算所述目标电机各部件的导热系数;
25、计算气隙中空气的径向雷诺数;
26、若所述径向雷诺数大于第二预设阈值,则计算气隙中空气在流动时的等效导热系数:
27、
28、其中,ctc是所求等效导热系数;re1是所述径向雷诺数;shc是空气的比热容;μ是空气的运动粘度;c0是空气静止时的导热系数;
29、将各部件的导热系数和气隙的等效导热系数,纳入温度场边界条件,进行温度场计算,得到温度分布。
30、可选的,所述根据所述温度分布,更新所述材料属性值,并计算迭代差异度包括:
31、建立多个由温度映射得到材料属性值的热磁耦合函数;
32、根据热磁耦合函数和温度分布,计算并更新各部件的材料属性值;
33、根据本轮次得到的温度数据与前一轮次得到的温度数据,计算迭代差异值:
34、其中,diff是所求迭代差异值;是第i个网格本轮次与前一轮次温度的差值;ti,cur是第i个网格本轮次的温度值;ti,pre是第i个网格前一轮次的温度值;n是网格数量。
35、本专利技术实施的第二方面,提供了一种基于多耦合效应的直驱电机仿真装置,所述装置包括:
36、数据获取模块,用于获取目标电机的仿真输入数据;所述仿真输入数据包括几何模型、材料特性和运行条件;所述运行条件包括初始温度;
37、网格划分模块,用于根据所述仿真输入数据,利用预训练的机器学习模型生成第一有限元网格和第二有限元网格;
38、物理特性初始化模块,用于根据所述初始温度和所述材料特性,计算得到材料属性值;
39、磁场计算模块,用于根据所述第一有限元网格和所述材料属性值,进行电磁场计算,得到磁场分布和电磁损耗;
40、机械损耗计算模块,用于根据所述几何模型和所述运行条件,计算机械损耗;所述机械损耗包括风阻损耗和摩擦损耗;
41、温度场计算模块,用于将所述电磁损耗和所述机械损耗作为热源,根据所述第二有限元网格,进行温度场计算,得到温度分布;
42、物理特性更新模块,用于根据所述温度分布,更新所述材料属性值,并计算迭代差异度;
43、判断输出模块,用于若所述迭代差异度小于第一预设阈值,则输出仿真结果;否则,返回所述磁场计算模块。
44、可选的,所述网格划分模块包括:
45、特征提取模块,用于根据目标电机的仿真输入数据,提取第一特征数据;所述第一特征数据包括几何特征、材料特征和运行条件特征;
46、预处理模块,用于将所述第一特征数据进行标准化处理,得到第二特征数据;
47、磁场网格生成模块,用于将所述第二特征数据作为预训练的第一机器学习模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述根据所述仿真输入数据,生成第一有限元网格和第二有限元网格包括:
3.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述根据所述几何模型和所述运行条件,计算机械损耗包括:
4.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述将所述电磁损耗和所述机械损耗作为热源,根据所述第二有限元网格,进行温度场计算,得到温度分布包括:
5.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述根据所述温度分布,更新所述材料属性值,并计算迭代差异度包括:
6.一种基于多耦合效应的直驱电机仿真装置,其特征在于,所述装置包括:
7.根据权利要求6所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真装置,其特征在于,所述网格划分模块包括:
8.根据权利要求6所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真装置,其特征在于,所述机械损
9.根据权利要求6所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真装置,其特征在于,所述温度场计算模块包括:
10.根据权利要求6所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真装置,其特征在于,所述物理特性更新模块包括:
...【技术特征摘要】
1.一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述根据所述仿真输入数据,生成第一有限元网格和第二有限元网格包括:
3.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述根据所述几何模型和所述运行条件,计算机械损耗包括:
4.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿真方法,其特征在于,所述将所述电磁损耗和所述机械损耗作为热源,根据所述第二有限元网格,进行温度场计算,得到温度分布包括:
5.根据权利要求1所述的一种基于多耦合效应的直驱电机仿...
【专利技术属性】
技术研发人员:朱华,王飞飞,张飞飞,
申请(专利权)人:南京思来机器人有限公司,
类型:发明
国别省市:
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