CN107688723A - 一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统，所述优化方法包括：建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；根据所述第一组正交试验的结果及性能指标建立多指标同步优化目标函数；根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合，从而实现多个性能指标的同步优化。
Description
技术领域
本发明涉及电机优化技术领域，特别是涉及一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统。
背景技术
针对轮毂电机结构参数设计研究，国内外学者在该领域进行了深入研究。Sheth NK等选取能提高电机平均转矩的结构设计参数，研究了不同气隙参数对单相励磁电机整体转矩波形的影响情况。Jawad Faiz等以转矩及效率为设计目标，对12/8单相励磁开关磁阻电机定子、转子结构参数进行了设计设计。邓智泉等针对无轴承开关磁阻电机，研究了绕组结构形式对电机中点电压波动的影响，设计了电机绕组结构。高洁等分析了单双相励磁时开关磁阻电机的静态特性，研究了相邻凸极对导通凸极磁链的影响以及互感对输出转矩的影响。另外，很多学者针对单相励磁开关磁阻电机端部磁场效应、磁芯损失等对电磁特性的影响进行了研究。
但是，现阶段研究成果多集中在对电机定子极、转子极、气隙、轭部等结构参数的设计方面，参数设计目标函数多为单指标函数，对电动汽车要求的电机转矩输出、效率及转矩密度等性能特性的整体设计考虑不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法及系统，可实现多种性能目标的同步优化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，所述优化方法包括：
建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；
根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；
建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；
根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；
根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；
根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。
可选的，根据以下公式确定所述功率约束条件：
其中，Pi表示最高车速时电机所需提供的功率，i表示坡度，Vi表示爬坡时参考车速，M表示电机质量，f表示滚动摩擦系数，CD表示空气阻力系数，Vmax表示电动汽车行驶最高速度，A表示迎风面积，ηT表示传动系机械效率；
其中，Pa表示电动汽车在水平路面上加速行驶消耗的功率，Va表示加速时参考车速，δ表示汽车旋转质量换算系数，Iw表示车轮的转动惯量，If表示飞轮的转动惯量，R表示车轮半径，i0表示主减速器传动比，ig表示变速箱传动比；
Pmax＝max{Pi,Pa}；
其中，Pmax表示电机的最大功率，max{}表示取最大值函数。
可选的，所述性能指标包括静态转矩、转矩脉动、效率及转矩密度；
所述结构参数包括定子极弧角βs、转子极弧角βr、气隙g、第二气隙gi、定子轭高hcs、转子轭高hcr、轴径Di。
可选的，根据以下公式确定所述电机结构尺寸约束条件：
hcr≥bpr/2；
其中，bps表示定子极宽，Nr表示转子极数，q表示电机相数，bpr表示转子极宽。
可选的，所述根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数，具体包括：
根据以下公式确定电机的静态平均转矩Tave：
其中，j为选取的角度序号，n为分析过程转子角度的选取个数，Tj为电机不同角度时的静态转矩值，属于所述第一组正交试验的结果；
根据以下公式确定转矩脉动指标Tr：
根据以下公式确定电机的转矩密度Q：
其中，M表示电机质量；
根据以下公式确定立多指标同步优化目标函数F：
其中，ω1、ω2、ω3分别为平均转矩、转矩脉动和转矩密度的权重因子，Tavemax表示静态平均转矩的最大值、T′rmax表示转矩脉动倒数的最大值、Qmax表示转矩密度的最大值，Tavemax、T′rmax及Qmax均为所述第一组正交试验中多次试验对应的最大值。
可选的，ω1取值为0.4，ω2取值为0.3，ω3取值为0.3。
可选的，所述确定最优解结构参数组合，具体包括：
根据预先统计的数据，计算所述多指标同步优化目标函数中的目标值；
根据各结构参数的水平及目标值，利用极差分析方法确定每一结构参数的各水平所对应的电机动力性能综合指标的数值；
选取动力性能综合指标中的最大值对应的每一结构参数的水平，选取的各结构参数的水平的数值组合形成最优解结构参数组合。
可选的，所述多指标同步优化方法还包括：
根据各结构参数的水平及目标值，得到各结构参数对电机动力性能综合指标的灵敏度；
根据各结构参数对性能指标的影响进行灵敏度分析；
根据分析结果对各结构参数、性能指标进行调整；
进行第二组正交试验，以对所述最优解结构参数组合进行优化。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统，所述优化系统包括：
第一建立单元，用于建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；
结构参数确定单元，用于根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；
第二建立单元，用于建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；
水平确定单元，根据电机结构尺寸约束条件，进行正交试验，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值；
第三建立单元，用于根据电机动力性能指标建立多指标同步优化目标函数；
求解单元，用于根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件，确定电机动力的性能指标和结构参数；通过建立电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表；建立多指标同步优化目标函数，根据各结构参数的水平可确定最优解结构参数组合，从而实现对多个电机动力性能指标的同步优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法的流程图；
图2为开关磁阻电机结构示意图；
图3为各结构参数对静态平均转矩影响的柱状图；
图4为各结构参数对转动脉冲影响的柱状图；
图5为各结构参数对电机效率影响的柱状图；
图6为各结构参数对电机转矩密度影响的柱状图；
图7为各结构参数对综合指标影响的柱状图；
图8为优化前后电机静态转矩曲线示意图；
图9为本发明实施例外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统的模块结构示意图。
符号说明：
第一建立单元—1，结构参数确定单元—2，第二建立单元—3，水平确定单元—4，第三建立单元—5，求解单元—6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，通过建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件，确定电机动力的性能指标和结构参数；通过建立电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表；建立多指标同步优化目标函数，根据各结构参数的水平可确定最优解结构参数组合，从而实现对多个电机动力性能指标的同步优化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法包括：
步骤100：建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；
步骤200：根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；
步骤300：建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；
步骤400：根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；
步骤500：根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；
步骤600：根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。
在步骤100中，可根据公式(1)-(3)确定所述功率约束条件：
其中，Pi表示最高车速时电机所需提供的功率，i表示坡度，Vi表示爬坡时参考车速，M表示电机质量，f表示滚动摩擦系数，CD表示空气阻力系数，Vmax表示电动汽车行驶最高速度，A表示迎风面积，ηT表示传动系机械效率。
其中，Pa表示电动汽车在水平路面上加速行驶消耗的功率，Va表示加速时参考车速，δ表示汽车旋转质量换算系数，Iw表示车轮的转动惯量，If表示飞轮的转动惯量，R表示车轮半径，i0表示主减速器传动比，ig表示变速箱传动比。
Pmax＝max{Pi,Pa} (3)；
其中，Pmax表示电机的最大功率，max{}表示取最大值函数。
在步骤200中，所述根据所述功率约束条件确定电机动力性能指标的结构参数，具体包括：根据公式(1)-(3)确定电机的最大功率；根据电机的最大功率和额定功率确定电机的相数和级数，从而确定电机的性能；根据电机的性能确定电机动力性能指标的结构参数。所述电机动力性能指标包括静态转矩、转矩脉动、效率及转矩密度，所述结构参数包括定子极弧角βs、转子极弧角βr、气隙g、第二气隙gi、定子轭高hcs、转子轭高hcr、轴径Di。但是由于电机结构参数的改变对电机效率值的影响比较小，可将其忽略。因此，在本实施例中，所述电机动力性能包括指标静态转矩、转矩脉动及转矩密度。
如图2所示，在步骤300中，根据公式(4)-(7)确定所述电机结构尺寸约束条件：
hcr≥bpr/2 (7)；
其中，bps表示定子极宽，Nr表示转子极数，q表示电机相数，bpr表示转子极宽。转子轭高hcr是影响铁心质量的关键因素，且铁耗在电机损耗中占有很大的比重，其取值如公式(7)所示。
在步骤400中，根据公式(4)-(7)中的电机结构尺寸约束条件，选取L64(87)正交表，确定如表1所示(选取7个结构参数，8个水平，共进行64次试验)的各结构参数的水平。
表1结构参数因素水平表
在步骤500中，所述根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数，具体包括：
步骤501：根据公式(8)确定电机的静态平均转矩Tave：
其中，j为选取的角度序号，n为分析过程转子角度的选取个数，Tj为电机不同角度时的静态转矩值，属于所述第一组正交试验的结果。
静态转矩特性对提高电动汽车的动力性具有重要意义，可通过计算电机转子角度2°至7°区间内的静态电磁转矩数值的平均值来表征电机静态平均转矩Tave。
根据选取各结构参数及其水平，按照正交试验方法，以静态平均转矩为指标，利用极差分析法分析各结构参数对平均转矩指标的影响，得到各结构参数对该指标的影响大小。如图3所示，可知：7个结构参数对应的平均转矩极差数值分别为2.72、17.54、6.06、14.18、4.06、20.41、3.66。显然，第二气隙gi变化引起的极差20.41N·m是最大的，它是对平均转矩指标影响最大的因素。定子极弧角βs的极差为2.72，是所有极差中最小的，它的水平的改变对平均转矩指标的影响最小。第二气隙gi、转子极弧角βr和定子轭高hcs相较于转子轭高hcr、气隙g、轴径Di和定子极弧角βs，所得极差明显较大。因此，影响电机静态平均转矩数值的主要结构参数是第二气隙gi、转子极弧角βr及定子轭高hcs，而其它结构参数影响相对较小。
步骤502：根据公式(9)确定转矩脉动指标Tr：
转矩脉动大小将直接影响电机动态特性和电动汽车的舒适性能。本发明利用2°至7°区间内静态转矩数值的方差来表征转矩脉动指标Tr。
分析各结构参数对转矩脉动指标的影响情况，得到各结构参数对该指标的影响大小。如图4所示，可知：7个结构参数对转矩脉动指标得出的极差数值分别为119.02、294.23、101.88、251.95、115.28、476.52、76.88，第二气隙gi仍是对转矩脉动指标影响最大的因素，极差达到476.52。而轴径Di极差为76.88，是7个结构参数中极差最小的，说明它的水平的改变对转矩脉动指标的影响最小。因此，影响转矩脉动的主要结构参数为第二气隙gi、转子极弧角βr和定子轭高hcs。
而电机结构参数的改变势必会影响到电机的铁耗和铜耗，而这又会直接影响到电机的效率。因此，本发明还利用电机杂散损耗计算方法来表征电机效率指标。
相应地正交试验，得到试验结果，分析各结构参数对电机效率指标的影响情况，得到各结构参数对该指标的影响大小。如图5所示，可知：定子轭高hcs、气隙g和轴径Di对电机效率的影响相对较大，定子极弧角βs、转子极弧角βr、转子轭高hcr和第二气隙gi的影响几乎可以忽略；从数值上来看，影响最大的定子轭高hcs的效率极差值约0.0001，这说明结构参数的改变对电机效率数值的影响是非常小的，可以忽略。因此，针对本发明的外转子开关磁阻电机的结构优化过程可以忽略对电机效率性能指标的考虑。
步骤503：根据公式(10)确定电机的转矩密度Q：
其中，M表示电机质量。
同样地，分析各结构参数对转矩密度指标的影响情况，得到各结构参数对该指标的影响大小。如图6所示，可知：第二气隙gi是影响转矩密度的最大因素，其极差数值可达0.52N·m/kg，其它6个结构参数的转矩密度指标极差相对较小，轴径Di对转矩密度的影响最小，其极差数值大约为0.078N·m/kg。因此，影响转矩密度指标的主要结构参数为第二气隙gi。
通过极差分析法分别分析各结构参数对各性能指标的影响情况。可通过公式(11)影响灵敏度σmn，用于表征某一结构参数对某一性能指标的影响程度在优化选取的因素中所占的百分比，即该因素水平变化使指标变化的灵敏反映程度。
其中，m表示各性能指标，n表示各结构参数，ΔKn表示极差值。
通过公式(11)可全面反映各结构参数对不同性能指标的影响大小，更直观地体现各结构参数对所有指标的影响程度。根据式(11)及正交试验数据，得到结构参数对各性能指标的影响灵敏度。如图7所示，可知：对平均转矩和转矩脉动指标影响较大的因素是转子极弧角，第二气隙和转子轭高，而转矩密度指标的主要影响因素是转子轭高；定子极弧角、气隙、定子轭高、轴径对三个主要性能指标的影响相对较小；同一结构参数对不同的指标影响程度是不一样的，各单一指标取得最佳数值对应的结构参数也是不同的。所以在灵敏度分析基础上，需要设计合理的优化设计目标函数，从而实现电机结构参数的最优化。
步骤504：根据公式(12)和(13)确定立多指标同步优化目标函数F：
其中，ω1、ω2、ω3分别为平均转矩、转矩脉动和转矩密度的权重因子，Tavemax表示静态平均转矩的最大值、T′rmax表示转矩脉动倒数的最大值、Qmax表示转矩密度的最大值，Tavemax、T′rmax及Qmax均为所述第一组正交试验中多次试验对应的最大值。在本实施例中，ω1取值为0.4，ω2取值为0.3，ω3取值为0.3。
在步骤600中，所述确定最优解结构参数组合，具体包括：
步骤601：根据预先统计的数据，计算所述多指标同步优化目标函数中的目标值；
步骤602：根据各结构参数的水平及目标值，利用极差分析方法确定每一结构参数的各水平所对应的电机动力性能综合指标的数值；
步骤603：选取动力性能综合指标中的最大值对应的每一结构参数的水平，选取的各结构参数的水平的数值组合形成最优解结构参数组合。
进一步地，本发明外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法还包括：
步骤710：根据各结构参数的水平及目标值，得到各结构参数对电机动力性能指标的灵敏度；
步骤720：根据各结构参数对性能指标的影响进行灵敏度分析。
步骤730：根据分析结果对各结构参数、性能指标进行调整。
各结构参数对综合指标系数的影响灵敏度大小与通过公式(11)的分析结果基本一致，即：影响综合指标系数的主要因素和影响平均转矩指标、转矩脉动指标、转矩密度指标的主要因素为转子极弧角βr、定子轭厚hcs和第二气隙gi。
其中，在本发明中，第一组正交试验的目标分别为平均转矩、转矩脉动、效率及转矩密度，第二组正交试的目标去除了效率，进行正交试验，根据多目标同步优化函数得出各因素对综合指标的灵敏度。
步骤740：进行第二组正交试验，以对所述最优解结构参数组合进行优化。
根据公式(12)目标函数以及不同约束条件下的三个性能指标数值，计算不同结构参数组合条件下综合指标系数数值，得到基于本发明的结构参数多指标同步优化最优值，如表2所示。
表2多指标同步优化前后电机结构参数对比
为了验证结构参数优化前后开关磁阻轮毂电机各性能指标变化结果，分别分析计算得到优化前后正交试验结果，为了直观说明优化前后轮毂电机静态转矩变化情况，将电机在额定电流条件下，优化前后静态转矩数值以曲线形式表示，对比结果如图8所示。
由图8可以看出，结构参数多指标同步优化后，电机静态转矩平稳区间明显增宽；优化后平稳区间内电机静态转矩数值有一定提升，同时曲线较为平滑，转矩脉动相对较小。
本发明通过正交试验和极差分析方法，得到了电机主要结构参数对静态平均转矩、转矩脉动、效率和转矩密度的影响情况，分析了结构参数对性能指标的影响灵敏度；在结构参数对性能指标影响灵敏度分析基础上，选取平均转矩、转矩脉动和转矩密度三个性能指标，提出了基于权重因子的轮毂电机结构参数多指标同步优化方法，得到了电机综合指标最优化的结构参数组合；优化前后各性能指标数值对比结果说明，本发明提出的开关磁阻轮毂电机多指标同步优化方法能有效同步改善电机静态平均输出转矩、转矩脉动和转矩密度。
此外，本发明还提供一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统。如图9所示，本发明外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统包括第一建立单元1、结构参数确定单元2、第二建立单元3、水平确定单元4、第三建立单元5及求解单元6。
具体地，所述第一建立单元1用于建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；所述结构参数确定单元2用于根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；所述第二建立单元3用于建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；所述水平确定单元4根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；所述第三建立单元5用于根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；所述求解单元6用于根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。
相对于现有技术，本发明外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统与上述外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法的有益效果相同，在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述优化方法包括：
建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；
根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；
建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；
根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；
根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；
根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。
2.根据权利要求1所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，根据以下公式确定所述功率约束条件：
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
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<mi>g</mi>
<mi>i</mi>
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</mrow>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，Pi表示最高车速时电机所需提供的功率，i表示坡度，Vi表示爬坡时参考车速，M表示电机质量，f表示滚动摩擦系数，CD表示空气阻力系数，Vmax表示电动汽车行驶最高速度，A表示迎风面积，ηT表示传动系机械效率；
<mrow>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
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<mi>V</mi>
<mi>a</mi>
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<mi>AV</mi>
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<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，Pa表示电动汽车在水平路面上加速行驶消耗的功率，Va表示加速时参考车速，δ表示汽车旋转质量换算系数，Iw表示车轮的转动惯量，If表示飞轮的转动惯量，R表示车轮半径，i0表示主减速器传动比，ig表示变速箱传动比；
Pmax＝max{Pi,Pa}；
其中，Pmax表示电机的最大功率，max{}表示取最大值函数。
3.根据权利要求1所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述性能指标包括静态转矩、转矩脉动、效率及转矩密度；
所述结构参数包括定子极弧角βs、转子极弧角βr、气隙g、第二气隙gi、定子轭高hcs、转子轭高hcr、轴径Di。
4.根据权利要求3所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，根据以下公式确定所述电机结构尺寸约束条件：
<mrow>
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<mi>g</mi>
<mi>i</mi>
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<mo>+</mo>
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<mi>&beta;</mi>
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<mo>&le;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>&pi;</mi>
</mrow>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
hcr≥bpr/2；
其中，bps表示定子极宽，Nr表示转子极数，q表示电机相数，bpr表示转子极宽。
5.根据权利要求3所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数，具体包括：
根据以下公式确定电机的静态平均转矩Tave：
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mi>v</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>n</mi>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，j为选取的角度序号，n为分析过程转子角度的选取个数，Tj为电机不同角度时的静态转矩值，属于所述第一组正交试验的结果；
根据以下公式确定转矩脉动指标Tr：
<mrow>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>j</mi>
<mo>=</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mi>v</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
<mi>n</mi>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
根据以下公式确定电机的转矩密度Q：
<mrow>
<mi>Q</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mi>v</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
</msub>
<mi>M</mi>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，M表示电机质量；
根据以下公式确定立多指标同步优化目标函数F：
<mrow>
<mi>F</mi>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<mfrac>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>a</mi>
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</mrow>
</msub>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>a</mi>
<mi>v</mi>
<mi>e</mi>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
<mi>x</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mfrac>
<msubsup>
<mi>T</mi>
<mi>r</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msubsup>
<msubsup>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mi>max</mi>
</mrow>
<mo>&prime;</mo>
</msubsup>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>&omega;</mi>
<mn>3</mn>
</msub>
<mfrac>
<mi>Q</mi>
<msub>
<mi>Q</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
<mi>x</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
<mrow>
<msubsup>
<mi>T</mi>
<mi>r</mi>
<mo>&prime;</mo>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>T</mi>
<mi>r</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，ω1、ω2、ω3分别为平均转矩、转矩脉动和转矩密度的权重因子，Tavemax表示静态平均转矩的最大值、T′rmax表示转矩脉动倒数的最大值、Qmax表示转矩密度的最大值，Tavemax、T′rmax及Qmax均为所述第一组正交试验中多次试验对应的最大值。
6.根据权利要求5所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，ω1取值为0.4，ω2取值为0.3，ω3取值为0.3。
7.根据权利要求1所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述确定最优解结构参数组合，具体包括：
根据预先统计的数据，计算所述多指标同步优化目标函数中的目标值；
根据各结构参数的水平及目标值，利用极差分析方法确定每一结构参数的各水平所对应的电机动力性能综合指标的数值；
选取动力性能综合指标中的最大值对应的每一结构参数的水平，选取的各结构参数的水平的数值组合形成最优解结构参数组合。
8.根据权利要求7所述的外转子开关磁阻电机多指标同步优化方法，其特征在于，所述多指标同步优化方法还包括：
根据各结构参数的水平及目标值，得到各结构参数对电机动力性能综合指标的灵敏度；
根据各结构参数对性能指标的影响进行灵敏度分析；
根据分析结果对各结构参数、性能指标进行调整；
进行第二组正交试验，以对所述最优解结构参数组合进行优化。
9.一种外转子开关磁阻电机多指标同步优化系统，其特征在于，所述优化系统包括：
第一建立单元，用于建立电动汽车对轮毂电机的功率约束条件；
结构参数确定单元，用于根据所述功率约束条件确定电机动力的性能指标和结构参数；
第二建立单元，用于建立关于各结构参数的电机结构尺寸约束条件；
水平确定单元，根据电机结构尺寸约束条件，确定各结构参数的正交表，所述正交表包括每一个结构参数的多个水平及对应的数值，进行第一组正交试验；
第三建立单元，用于根据所述第一组正交试验的结果及电机动力的性能指标建立多指标同步优化目标函数；
求解单元，用于根据所述多指标同步优化目标函数及各结构参数的水平，确定最优解结构参数组合。
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