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原文传递电动汽车用开关磁阻电机多目标优化设计研究

论文题名：	电动汽车用开关磁阻电机多目标优化设计研究
关键词：	电动汽车;开关磁阻电机;结构设计;多目标优化
摘要：	随着温室效应和能源短缺等问题日益严峻，许多国家大力推广纯电动汽车来解决这些问题。驱动电机的设计和制造是纯电动汽车发展的核心技术，而开关磁阻(Switched Reluctance,SR)电机具有结构简单、启动转矩大、没有永磁体等优点，具有更好的发展前景。本研究在国家自然科学基金项目(51875261)和江苏省杰出青年基金项目(BK20180046)的资助下进行，围绕SR电机温度场与电磁场联合优化、考虑测试工况与行驶模式的多目标优化方面等开展相关研究。　　主要研究内容如下：　　1、阐述SR电机运行原理的基础上，介绍SR电机初始设计方法与步骤。按照该步骤设计出SR原型机和SR驱动电机，搭建其有限元模型(Finite Element Model,FEM)运行得出其输出转矩、相电流、磁感应强度和磁力线，并将FEM参数化。介绍参数优化所需近似模型和优化算法：Kriging模型和二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms II,NSGA II)，以及基于Kriging模型预测结果，在NSGA II优化过程中使用罚函数处理优化约束的方法。　　2、针对传统热路法只考虑径向传热的缺陷，提出同时考虑径向传热和轴向传热的三维瞬态热路法(Transient Lumped-Parameter Thermal Model,TLPTM)，总结热阻计算公式。将三维TLPTM与传统TLPTM进行对比，证明三维TLPTM具有更高精度。实施SR电机的温度场和电磁场联合优化，将定子外侧轭部温度、绕组温度、转矩、转矩脉动和总损耗作为优化目标。采用基于虚拟蒙特卡洛法的全局灵敏度分析，求解出优化参数对优化目标的灵敏度指标。采用顺序子空间优化方法，根据全局灵敏度指标将优化参数划分为3个子空间，依次优化3个子空间。最后，将优化前后电机进行对比验证，优化后电机温度、转矩脉动和总损耗降低，转矩得到提升。　　3、提出同时考虑测试工况和行驶模式的多目标优化方法。提出根据测试工况中车速-时间运行点的自身速度和加速度划分行驶模式的准则，将运行点划分为启动模式、高速巡航模式、加速模式、减速模式，对不同行驶模式定义不同优化目标。采用两步聚类算法对各模式的运行点进行聚类，将聚类中心作为该行驶模式的代表点进行优化。采用相关性分析，用一个目标代替一组与其相关系数高的目标来减少优化目标。使用降维优化方法寻找最优解可能存在的区间，从而减少优化所需FEM的数量。在此基础上，使用灰关联度分析方法确定各个优化目标的权重，采用理想解相似度排序方法从帕累托前沿上选取优化结果。最后，将降维优化法与全因子设计所需FEM数量进行比较，证明降维优化法可有效减少FEM数量。将初始和优化设计各个模式的代表运行点相比较，运行点各项性能指标得到提升，且该模式设置为优化目标的性能指标提升最大。　　4、介绍SR电机实验平台，对SR原型机和SR驱动电机初始设计的分析模型：电磁场FEM和三维TLPTM进行验证，以保证优化过程中和优化设计分析模型的正确性，从而证明本文优化过程和优化结果的正确性。
作者：	万秉宽
专业：	车辆工程
导师：	孙晓东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2022