基于等效磁路的PMECD变种群规模遗传多目标优化设计

发布时间：2019-11-14 16:24

【摘要】：基于等效磁路模型,提出了一种使用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法进行永磁涡流驱动器的多目标优化设计的方法.首先建立磁场分析模型,推导关键参数的解析表达式.在此基础上,以永磁体厚度、极弧系数、铜盘厚度以及永磁体个数为变量,以输出转矩、转动惯量和驱动器体积为优化目标,提出了基于熵值权重的永磁驱动器多目标优化函数,然后应用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法来优化结构尺寸.优化结果得到了实验以及有限元仿真的验证,并且与其他算法进行了比较.结果表明,相比其他优化算法,该基于解析模型的变种群规模遗传算法在结构参数优化设计中有很好的计算效果.
【图文】：

验结果予以验证，另外，，对该方法与其他文献算法进行了比较，以证明该算法的优越性．1永磁涡流驱动器的解析模型1.1忽略涡流效应时的气隙磁场分析为了简化计算过程，作出如下假设:1)材料的磁导率为常数，不受外部因素影响．2)不考虑端部效应与磁饱和对磁场的影响．3)在本部分计算中忽略由导体上感应电流产生的磁场对涡流驱动器磁场分布的影响．PMECD的参数名称设定如下:tc，tm分别表示导体盘和永磁体的厚度;wm，wi分别表示永磁体宽度及磁体间距;g表示气隙的长度;L表示永磁体的有效径向宽度．图1是PMECD一个磁通闭合回路的拓扑图，根据该图并考虑到对称性，可以绘制出等效磁路图2，通过等效磁路法的建立可以计算出忽略涡流效应情况下气隙和铜盘上的磁通密度．变量定义如下:Ｒs是主动转子盘背钢的磁阻;Ｒg是气隙和铜盘的总磁阻;Ｒm是磁极的磁阻;Ｒl是磁铁通过背钢漏磁通对应的磁阻;Ｒr是从动转子背钢的磁阻;Ｒmm是磁极－磁极的漏磁通对应的磁阻;Φr是磁极对应的内磁通磁源;Φg是磁极对应的气隙磁通;Φm是磁极对应的外磁通磁源．为了提高计算的精确性［8］，本文将背钢分为两部分进行分析，具体如图3所示．图1涡流驱动器二维磁路Fig.1Magneticfluxpathsofthe2Deddy-currentdriver图2图1的等效磁路Fig.2EquivalentmagneticcircuitforFig．1图3背钢上的磁阻Fig.3Yokesreluctances背钢总磁阻为Ｒs=Ｒs1+2Ｒs2=(Ｒsu1+Ｒsd1)+2(Ｒsu2+Ｒsd2)．(1)其中:Ｒsu1=Ｒsd1=wi/μ0μsLLs，(2)Ｒsu2=Ｒsd2=wm/μ0μs(LLs+0.5wmL)．(3)其中:μs是背钢的相对磁导率;Ls是

迹嘤獐莞猛疾⒖悸堑蕉猿菩裕嘹梢曰嬷瞥龅刃Т?路图2，通过等效磁路法的建立可以计算出忽略涡流效应情况下气隙和铜盘上的磁通密度．变量定义如下:Ｒs是主动转子盘背钢的磁阻;Ｒg是气隙和铜盘的总磁阻;Ｒm是磁极的磁阻;Ｒl是磁铁通过背钢漏磁通对应的磁阻;Ｒr是从动转子背钢的磁阻;Ｒmm是磁极－磁极的漏磁通对应的磁阻;Φr是磁极对应的内磁通磁源;Φg是磁极对应的气隙磁通;Φm是磁极对应的外磁通磁源．为了提高计算的精确性［8］，本文将背钢分为两部分进行分析，具体如图3所示．图1涡流驱动器二维磁路Fig.1Magneticfluxpathsofthe2Deddy-currentdriver图2图1的等效磁路Fig.2EquivalentmagneticcircuitforFig．1图3背钢上的磁阻Fig.3Yokesreluctances背钢总磁阻为Ｒs=Ｒs1+2Ｒs2=(Ｒsu1+Ｒsd1)+2(Ｒsu2+Ｒsd2)．(1)其中:Ｒsu1=Ｒsd1=wi/μ0μsLLs，(2)Ｒsu2=Ｒsd2=wm/μ0μs(LLs+0.5wmL)．(3)其中:μs是背钢的相对磁导率;Ls是钢盘厚度．气隙与导体铜盘总磁阻和永磁体的磁阻可以由以下公式求出:Ｒg=ge/μ0L(wi+wm)，(4)Ｒm=tm/μ0μrwmL．(5)其中:ge=g+tc为等效气隙长度;永磁体的相对磁导率为μr=－Br/μ0Hc．为了简化计算，使用圆弧－直线模型，漏磁出射角度设为π/2，故永磁体通过背钢漏磁通对应的磁导为Pl=μ0∫L10［L/(πx+tm)］dx．(6)其中L1=min{g，wi/2}．(7)根据式(6)，式(7)得到永磁体通过背钢漏磁通对应的磁导Pl的通式:Pl=μ0Lπln(1+π


本文编号：2560900