[發明專利]一種永磁同步直線電機永磁體形狀設計方法

在審

• 申請號: 201610037627.3
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105718654A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 方紅偉;王丹
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種永磁同步直線電機永磁體形狀設計方法，主要包括以下幾個步驟：

第一步，設定目標磁場，選取檢測點：

針對已建立的永磁直線發電機的具體模型給出理想狀態下的目標氣隙磁場波形，即為永磁體優化設計 要實現的目標磁場，同時設定永磁體形狀優化后的氣隙磁場波形和理想氣隙磁場波形的誤差；此外還要在 氣隙區域內均勻選取m個波形檢測點，(x_i,y_i)為第i個檢測點對應的坐標，計算出檢測點位置對應的目標磁 場，并將其沿x軸和y軸方向分解，得到檢測點處理想磁密沿x軸方向的分量B_x0(x_i,y_i)和沿y軸方向的分 量B_y0(x_i,y_i)。

第二步，建立永磁體的拓撲結構演化模型：

首先構造永磁體初始形狀對應的零水平集函數，并初始化對應的符號距離函數

其中，t為時間變量，x為空間變量，Г為永磁體的邊界，x_τ為邊界Г上的點，代表Г所圍區域內部， 代表Г所圍區域外部；在所需優化的永磁體的邊沿平均選取一定數量的點，并將這些點的位置坐標作為形 狀變量；

接著，在滿足Hamilton-Jacobi方程穩定性條件CLF-Condition的前提下，選擇合理的法向演化速度向 量V_n、迭代時間步長以及演化次數，利用三階TVD格式離散時間變量，三階WENO格式離散空間變量， 計算永磁體形狀對應的水平集方程；

每進行一次演化，就記下此次演化后對應的新的形狀變量值；

第三步，對永磁體演化后的直線電機進行有限元分析，求得氣隙磁場波形，記錄檢測點的實際磁場情 況，并分解出對應沿x軸和y軸的磁密分量，帶入求解目標函數g(x,y)：

g(x,y)=Σi=1m[(Bx(xi,yi)-Bx0(xi,yi))2+(By(xi,yi)-By0(xi,yi))2Bx0(xi,yi)2+By0(xi,yi)2]]]>

其中，B_x(x_i,y_i)為永磁體形狀演化后檢測點處實測磁密沿x軸方向的分量，B_y(x_i,y_i)為永磁體形狀演化后 檢測點處實測磁密沿y軸方向的分量；

第四步，在保持法向演化速度向量和迭代時間步長不變的前提下進行多次水平集方程的迭代計算，每 進行一步演化就計算一次目標函數值，取多組目標函數值的最小值和第一步中所設置的誤差進行比較，若 在誤差允許范圍內，則停止演化；若不在誤差允許范圍內，則修改法向演化速度向量和迭代時間步長，重 新進行水平集方程的迭代求解和永磁體形狀的演化，直到滿足誤差要求，最終利用插值算法得到優化后的 永磁體的拓撲描述。