单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机和声混沌搜索优化设计_图文

1、 186 电 工 技 术 学 报 2015 年 1 月 HMCR = H max - Cnow PAR = Pmin + Cnow H max - H min Cmax （ 21 ） 500 迭代次数。 图 6 与 图 7 给出优化后的 SWBRSFM 与相同尺寸下 BRSM 转矩、水平方向 悬浮力对比示意 图。 Pmax - Pmin Cmax （ 22 ） bw = 1 u ( xi - xil 30 （ 23 ） 本实验中，通过正交试验 得到的数据均放入和 声库里， 正交试验与随机试验得到的数据用来 LVSVM 训练。 4.3 SWBRSFM 结构参数 HCS 优化结果 表 6 给出了用

2、和声混沌搜索优化算法后的 SWBRSFM 结构参数。表 7 给出了初步设计样机 （ IDM ）与优化后的 SWBRSFM 转矩效率 TP 、悬 浮效率 FP 、转矩功率密度 TV 和悬浮功率密度 FV 性能比较 。 表6 Tab.6 参数 结果 D s /mm 97 迭代次数 / 10 3 图5 Fig.5 目标函数值变化曲线 Curve of objective function value 优化后 SWBSRFM 参数 b （° ） 15 h cr /mm 10.5 h cs /mm 10 Parameters of optimized SWBRSFM N/匝 32 表7 IDM

3、 与优化后 SWBSRFM 性能比较 Performance comparison between 图6 FP / (N/W 17.83 18.42 Tab.7 optimized SWBRSFM and IDM 性能参数 TP / (N·m/kW 初步设计 优化电机 49.5 51.4 TV / (N·m/m 3 1152 1197 FV / (N/m 3 416635 442583 SWBSRFM 与 BSRM 水平悬浮力对比图 Comparison chart of horizontal suspension force between SWBSRFM and BSR

4、M Fig.6 根据图 5 所示， 采用 HCS 优化的 SWBRSFM 目标函数值 在迭代 4 000 次左右即可 寻 得最优和声，而 采用 HS ，则 78 000 次左右 寻得 “ 最优 ”和声， 从实验数据 可以看出 ：优化后的电机 转矩效率 TP 提高约 1.9N·m/kW ，悬浮效率 FP 提高 1.6F/W ，转矩功率密度 TV 提高 45N·m/m3，悬浮功 率密度 FV 提高 25 948F/m 3 。各项性能指标 均优于 初始设计样机，表明单绕组磁悬浮飞轮电机 ，体积 小，效率高，电磁特性优。在电机转子外径、定子 内径、轴向长度以及轴向长度不变的条件下，

5、 定子 外径、 定转子极弧 、转子轭高 、定子轭高以及绕组 作为可变参数，通过 和声混沌搜索 ，结合统一优化 目标函数，优化后电机的 转矩效率 TP 、悬浮效率 FP 、转矩功率密 度 TV 和悬浮功率密度 FV 均优于 初始电机，表明 和声混沌搜索 基本满足电机参数优 化设计要求。 为进一步验证优化后电机性能与和声混沌搜索 算法 的 优越性，图 5 给出了 HCS 与 HS 在 寻 求 最优 和声期间，目标函数值变化曲线。 采样频率为 图7 Fig.7 SWBSRFM 与 BSRM 转矩对比图 Comparison chart of torque between SWBSRFM and BS

6、RM 但所得 目标函数值与采用 HCS 优化相比， 并没有 达到最优效果。原因是 HS 陷入了局部搜索，所得 目标函数值 仅是局部最优解。 反映了混沌搜索全局 第 30 卷第 2 期 袁 野等 单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机和声混沌搜索优化设计 187 历遍性可以弥补和声搜索局限性，同时 HCS 又不 失灵活、快速。 从图 6 与图 7 可以看出： （ 1）采用 HCS 优化后 的 SWBSRFM 转矩最大 值 0.51N·m ，平均转矩约 0.44N·m ，均高于 BSRM 转矩最大值 0.48N·m 平均转矩 0.38N·m ，优 化后的电机具有良好的

7、转矩特性。 （ 2） SWBSRFM 转矩降幅（导通区间内，转矩 最大值与 q =15 ° 时转矩值之差）约为 0.05N·m ， BSRM 转矩降幅约 0.14N·m ，表明 SWBSRFM 输出 转矩更加稳定。 （ 3） SWBSRFM 最大悬浮力为 270N，BSRM 最 大悬浮力为 250N，表明目标样机的悬浮能力优于相 同外径下的 BSRM 。 （ 4） SWBSRFM 悬浮力在 q =0 ° 与 q =15 ° 分别取 得最大值与最小值，且在导通区间内具有近似线性 分布，符合磁悬浮开关磁阻电机基本的电磁特性， 本文提出的 SWBSR

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14、浮开关磁阻电机的研究 尚处实验室阶段，仍有许多关键问题没有统一的解 决方案 。随着新型导电、导磁和绝缘材料以及优化 算法的出现，从本体上对电机进行优化设计以加快 磁悬浮开关磁阻电机普及应用，将是今后发展的一 个重要方向。 本文设计出更适合应用 于飞轮储能的 单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机，将和声算法的简 单、灵活特点与混沌变量的全局搜索能力结合起来， 应用于 样机结构参数优化。仿真 试验表明：单绕组 磁悬浮开关磁阻飞轮电机 ，体积小，效率高。通过 和声混沌搜索优化，电机具有良好的转矩与悬浮能 力。和声混沌搜索算法在参数优化过程中，精度高， 速度快，为电机参数优化设计提供了新思路，同时 适用于向其

15、他工程领域推广应用。 参考文献 1 张维煜 , 朱熀秋 . 飞轮储能关键技术及其发展现状 J. 电工技术学报 , 2011, 26(7: 141-146. Zhang Weiyu, Zhu Huangqiu. Key technologies and development status of flywheel energy storage system J. Transactions of China Electrotechnical Society, 2011, 26(7: 141-146. 2 王楠 , 李永丽 , 张玮亚 , 等 . 飞轮储能系统放电模式 188 电 工 技 术 学 报

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