CN116070371B - 双定子电机设计方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气技术领域，公开一种双定子电机设计方法、装置、电子设备及存储介质。该方法包括：确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，所述待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量；确定电机边界条件和待优化参数的种类；使用优化算法设置所述待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据所述计算结果，确定各所述待优化参数的取值；判断所述待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤。本发明实施例合理构建电机优化目标函数，在保证电机性能的基础上降低电机优化工作量，提高电机功率密度，降低电机成本。

Description

双定子电机设计方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及电气技术领域，尤其是一种双定子电机设计方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

现有技术广泛采用内置式永磁同步电机作为主要动力来源，这类电机具有运行效率高，功率密度高等优点，但需要大量使用昂贵的稀土材料，且永磁体内置式的转子不可避免的会产生漏磁现象，导致永磁体利用率低。

具有双定子励磁结构的磁场调制型永磁同步电机，一方面通过内外双定子励磁，减少了转子永磁体漏磁，增加了永磁体利用率；另一方面利用基波及其低次谐波工作，增强了电机输出转矩的能力，减少了永磁体用量，具有功率密度高、材料成本低的优点，但内外定子联合励磁导致中间位置的永磁体受到内外绕组两个热源的影响，热退磁风险增大。电机优化时一般将电机散热条件作为优化的边界条件，或者电机校核标准。由于双定子电机的拓扑结构较常规电机复杂，其优化难度也更大。

发明内容

本发明的目的是提供一种双定子电机设计方法、装置、电子设备及存储介质，旨在保证电机性能的基础上降低电机优化工作量。

第一方面，提供一种双定子电机设计方法，包括：

确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，所述待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量；

确定电机边界条件和待优化参数的种类；

使用优化算法设置所述待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据所述计算结果，确定各所述待优化参数的取值；

判断所述待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤。

在一些实施例中，所述优化目标函数为：

OPT＝a₁·T_em+a₂·T_rip+a₃·C+a₄·HF_os+a₅·HF_is，

其中，OPT为优化目标参数，T_em为电机输出电磁转矩，T_rip为转矩脉动，C为总材料成本，HF_os为外定子单侧的热负荷通量，HF_is为内定子单侧的热负荷通量，a₁,a₂,a₃,a₄,a₅均为权重参数，a₁+a₂+a₃+a₄+a₅＝1。

在一些实施例中，所述转矩脉动的计算公式为：

其中，T_x为单个转矩点的转矩，T_avg为平均转矩，T_max为转矩最大值，T_min为转矩最小值，i为转矩点个数；

所述总材料成本的计算公式为：

C＝C_pm+C_Cu+C_Fe，

C_Fe＝P_Fe·D_OSO·L，

其中，C_pm为永磁体成本，C_Cu为铜线成本，C_Fe为铁芯成本，V_pmj为第j块永磁体的最大体积，P_pmj为第j块永磁体的体积单价，n₁为永磁体数量，G_Cu为铜线重量，b_l为第l种线规的并绕根数，P_l为第l种线规的重量单价，b_p为并绕根数，n₂为铜线数量，P_Fe为铁芯质量单价，D_OSO为外定子外径，L为铁芯长度；

所述热负荷通量的计算公式为：

其中，A_os为外定子的线负荷，J_os为外定子的电流密度，f_osm为外定子第m次谐波的频率，B_osm为外定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为外定子与外部接触的散热面积，n₃为外定子的谐波数量，A_is为内定子的线负荷，J_is为内定子的电流密度，f_ism为内定子第m次谐波的频率，B_ism为内定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为内定子与外部接触的散热面积，n₄为内定子的谐波数量。

在一些实施例中，所述电机边界条件包括外定子外径、内定子外径、铁芯长度、母线电压限值、最大输入电流有效值、电机转速、电机输出转矩和磁密阈值。

在一些实施例中，所述最大输入电流有效值等于内定子最大电流有效值和外定子最大电流有效值之和。

在一些实施例中，所述电机优化变量包括定子内径、定子轭部宽度，定子槽深、定子槽口宽、定子槽肩宽、气隙长度、定子绕组并绕根数、定子绕组匝数、定子绕组电流有效值、定子水道槽开口宽、水道槽深度、水道槽角度。

在一些实施例中，所述计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，包括：采用有限元法或磁路法计算电机线电压、输出转矩及磁密参数。

第二方面，提供一种双定子电机设计装置，其所述装置包括：

函数建立模块，用于确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量；

确定模块，用于确定电机边界条件和待优化参数的种类；

计算模块，用于使用优化算法设置待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据计算结果，确定各待优化参数的取值；

判断模块，用于判断待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤。

第三方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的双定子电机设计方法。

第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的双定子电机设计方法。

本发明的有益效果：分别调整电机内外定子冲片参数、内外绕组参数，实现电机电磁转矩的分配，同时，这些参数的改变会影响电机损耗，影响电机发热，因此可通过调整内外定子电机参数，在满足电机电磁性能要求、经济性要求的基础上，使电机发热量最小，将内外定子直径、槽参数、水道参数、磁密、气隙长度、磁钢最大外形尺寸、磁钢优化尺寸、绕组匝数、并绕根数、输入电流等参数作为优化参数，以电机散热参数、转矩、转矩脉动、电机成本作为优化目标，合理构建电机优化目标函数，可以使电机在运行温度不变的情况下，获得更好的输出性能，或者减小电机体积，提高功率密度，帮助工程人员在电机设计阶段更全面的考量电机性能、发热与成本的关系，降低电机优化工作量。

附图说明

图1是一实施例示出的双定子电机设计方法的流程示意图。

图2是本申请实施例提供的双定子电机设计装置的结构示意图。

图3是本申请实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。

图4是一实施例示出的外定子和内定子的优化参数位置示意图。

图5是一实施例示出的外定子和内定子的优化结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合实施例和附图，对本发明作进一步的描述。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

图1是一实施例示出的双定子电机设计方法的流程示意图。如图1所示，图1中的方法可以包括但不限于包括步骤S101至步骤S104。

步骤S101，确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数。

其中，待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量。

具体地，确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，可以是分别设计转矩脉动、总材料成本和热负荷通量的具体参数，然后对设计得到的转矩脉动、总材料成本和热负荷通量输入到预先建立的优化目标函数进行加权运算，得到优化目标参数。

在一实施例中，所述优化目标函数为：

OPT＝a₁·T_em+a₂·T_rip+a₃·C+a₄·HF_os+a₅·HF_is，

其中，OPT为优化目标参数，T_em为电机输出电磁转矩，T_rip为转矩脉动，C为总材料成本，HF_os为外定子单侧的热负荷通量，HF_is为内定子单侧的热负荷通量，a₁,a₂,a₃,a₄,a₅均为权重参数，a₁+a₂+a₃+a₄+a₅＝1。

在一实施例中，所述转矩脉动的计算公式为：

其中，T_x为单个转矩点的转矩，T_avg为平均转矩，T_max为转矩最大值，T_min为转矩最小值，i为转矩点个数。

所述总材料成本的计算公式为：

C＝C_pm+C_Cu+C_Fe，

C_Fe＝P_Fe·D_OSO·L，

其中，C_pm为永磁体成本，C_Cu为铜线成本，C_Fe为铁芯成本，V_pmj为第j块永磁体的最大体积，P_pmj为第j块永磁体的体积单价，n₁为永磁体数量，G_Cu为铜线重量，b_l为第l种线规的并绕根数，P_l为第l种线规的重量单价，b_p为并绕根数，n₂为铜线数量，P_Fe为铁芯质量单价，D_OSO为外定子外径，L为铁芯长度。

对于永磁体成本C_pm，电机优化过程中通常需要调整永磁体形状以改善电机性能，不规则的永磁体产品是由规则的原胚加工得到的，应当以永磁体最大外形尺寸计算永磁体材料成本，上述对永磁体成本C_pm的计算公式可以变形为：

其中，x_{mag_j}为永磁体最大长度，y_{mag_j}为永磁体最大宽度。

上述对铜线成本C_Cu的计算公式可以变形为：

其中，g_Cu为铜线密度，η_L为长度经验因数，η_L根据经验获得，η_L与L的乘积得到绕组总长度，S_l为第l种线规的截面积。

所述热负荷通量的计算公式为：

其中，A_os为外定子的线负荷，J_os为外定子的电流密度，f_osm为外定子第m次谐波的频率，B_osm为外定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为外定子与外部接触的散热面积，n₃为外定子的谐波数量，A_is为内定子的线负荷，J_is为内定子的电流密度，f_ism为内定子第m次谐波的频率，B_ism为内定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为内定子与外部接触的散热面积，n₄为内定子的谐波数量。

在电机设计阶段，通常以线负荷和电流密度表示电机发热量，电机发热量将电机输入电流与电机结构参数相结合，有效的表征了电机发热能力，随着电机的高速化、小型化的发展，电机发热量不能有效体现强磁场永磁体产生的磁密以及高转速带来的高频率磁密在电机定转子、永磁体产生的铁耗，也不能反映磁场调制电机、分数槽电机这类采用磁密谐波传递能量的电机的发热情况。因而在线负荷和电流密度表示电机发热量的基础上引入了(f_ism·B_ism)^1.3，用于体现永磁体磁场、高频磁场对电机发热的影响。此外，散热条件的优劣也会影响电机设计参数，因此借鉴热通量的定义，引入电机铁芯和机壳等结构件的接触面积作为分母。

步骤S102，确定电机边界条件和待优化参数的种类。

双定子电机输出转矩由内外定子分别励磁得到，内外定子在电磁、结构方面均呈弱耦合，可分别调整电机内外定子冲片参数、内外绕组参数，实现电机电磁转矩的分配，同时，这些参数的改变会影响电机损耗，影响电机发热，因此可通过调整内外定子电机参数，在满足电机电磁性能要求、经济性要求的基础上，使电机发热量最小。

在一实施例中，所述电机边界条件包括外定子外径、内定子外径、铁芯长度、母线电压限值、最大输入电流有效值、电机转速、电机输出转矩和磁密阈值。确定电机边界条件，通常将电机输入参数、输出参数、尺寸作为边界条件，包括：

bond＝{D_OSO,D_ISI,L,U_bus,I_max,s,T_op,B_ri}，

其中，D_OSO为外定子外径，D_ISI为内定子内径，L为铁芯长度，U_bus为母线电压限值，I_max为控制器能提供的最大电流，s为电机转速，T_op为电机输出转矩，B_ri为电机各处的磁密阈值。

在一实施例中，所述最大输入电流有效值等于内定子最大电流有效值和外定子最大电流有效值之和，即：

I_max＝I_OS+I_IS，

其中，I_max为控制器能提供的最大电流，I_OS为外定子最大电流，I_IS为内定子最大电流。

在一实施例中，如图4所示，所述电机优化变量包括定子轭部宽度、定子内径、定子槽口宽、定子槽深、气隙长度、定子槽肩宽、定子绕组并绕根数、定子绕组电流有效值、定子绕组匝数、水道槽深度、定子水道槽开口宽、水道槽角度，包括：

X_OS＝{D_OSI,yoke_OS,HS2_OS,BS0_OS,BS1_OS,δ_OS,b_OS,N_OS,

I_OS,a_OS1,h_OS1,θ_OS1,h_OS2,θ_OS2}，

X_IS＝{D_ISO,yoke_IS,HS2_IS,BS0_IS,BS1_IS,δ_IS,b_IS,N_IS,

I_IS,a_IS1,h_IS1,θ_IS1,h_IS2,θ_IS2}，

其中，X_OS为外定子参数，D_OSI为外定子内径，yoke_OS为外定子轭部宽度，HS2_OS,BSO_OS,BS1_OS分别为外定子的槽深、槽口宽、槽肩宽，δ_OS为外定子的气隙长度，b_OS为外定子绕组并绕根数，N_OS为外定子绕组匝数，I_OS为外定子绕组电流有效值，a_OS1为外定子的水道槽开口宽，h_OS1外定子的第一个水道槽深度，θ_OS1外定子的第一个水道槽角度，h_OS2外定子的第二个水道槽深度，θ_OS2外定子的第二个水道槽角度，X_IS为内定子参数，D_ISO为内定子内径，yoke_IS为内定子轭部宽度，HS2_IS,BSO_IS,BS1_IS分别为内定子的槽深、槽口宽、槽肩宽，δ_IS为内定子的气隙长度，b_IS为内定子绕组并绕根数，N_IS为内定子绕组匝数，I_IS为内定子绕组电流有效值，a_IS1为内定子的水道槽开口宽，h_IS1内定子的第一个水道槽深度，θ_IS1内定子的第一个水道槽角度，h_IS2内定子的第二个水道槽深度，θ_IS2内定子的第二个水道槽角度。

永磁体优化变量中，x_{mag_k}为永磁体最大尺寸的长，y_{mag_k}为永磁体最大尺寸的宽，x_{opt_k}为长方向上的优化变量，y_{opt_k}为宽方向上的优化变量，即：

X_mag＝{x_{mag_k},y_{mag_k},x_{opt_k},y_{opt_k}}。

步骤S103，使用优化算法设置所述待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据所述计算结果，确定各所述待优化参数的取值。

步骤S104，判断所述待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤。

在一实施例中，所述计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，包括：采用有限元法或磁路法计算电机线电压、输出转矩及磁密参数。

优化前后内外定子和永磁体结构如图5所示，优化前为虚线，优化后为实线。可以看出，优化前后外定子齿宽、槽肩高有所减少，增大了槽面积，减少了铜耗，槽口宽变小，改善了电机齿槽转矩，内定子外径明显增大，齿宽增大，槽肩高减少，槽深度减少，内定子槽面积略有减少，这是因为内定子散热接触面积小，减少其输入电流可以减少内定子输出转矩、改善其发热情况，输入电流减小可以适当减少槽面积，从而改善定子铁耗，内定子外径增大，减小了转子尺寸，从永磁体对比也可看出，永磁体体积明显减小。

对比优化前后，电机输出转矩由20N.m增大到22N.m，转矩脉动由9％减少到4％，永磁体体积减少49.5％，内外定子铁芯及转子铁芯重量减少5％，铜线质量基本不变，总成本降低27.235％，电机内外电流由初始的各50％，优化到外定子电流占比63.42％，内定子电流占比36.58％。经仿真，在冷却条件、运行工况不变的情况下，电机最高温度减少7.3℃。

由此，本申请实施例提供的双定子电机设计方法，分别调整电机内外定子冲片参数、内外绕组参数，实现电机电磁转矩的分配，同时，这些参数的改变会影响电机损耗，影响电机发热，因此可通过调整内外定子电机参数，在满足电机电磁性能要求、经济性要求的基础上，使电机发热量最小，将内外定子直径、槽参数、水道参数、磁密、气隙长度、磁钢最大外形尺寸、磁钢优化尺寸、绕组匝数、并绕根数、输入电流等参数作为优化参数，以电机散热参数、转矩、转矩脉动、电机成本作为优化目标，合理构建电机优化目标函数，在保证电机性能的基础上降低电机优化工作量。

为了更好地实施以上方法，本发明实施例还提供一种双定子电机设计装置，该双定子电机设计装置具体可以集成在服务器或终端等设备中。

请参阅图2，本申请实施例还提供一种双定子电机设计装置，可以实现上述实施例提到的双定子电机设计方法，该装置包括：

函数建立模块201，用于确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量；

确定模块202，用于确定电机边界条件和待优化参数的种类；

计算模块203，用于使用优化算法设置待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据计算结果，确定各待优化参数的取值；

判断模块204，用于判断待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤。

该双定子电机设计装置的具体实施方式与上述双定子电机设计方法的具体实施例基本相同，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述双定子电机设计方法。该电子设备可以为包括平板电脑、车载电脑等任意智能终端。

请参阅图3，图3示意了另一实施例的电子设备的硬件结构，电子设备包括：

处理器301，可以采用通用的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；

存储器302，可以采用只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)、静态存储设备、动态存储设备或者随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)等形式实现。存储器302可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器302中，并由处理器301来调用执行本申请实施例的双定子电机设计方法；

输入/输出接口303，用于实现信息输入及输出；

通信接口304，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信；

总线305，在设备的各个组件(例如处理器301、存储器302、输入/输出接口303和通信接口304)之间传输信息；

其中处理器301、存储器302、输入/输出接口303和通信接口304通过总线305实现彼此之间在设备内部的通信连接。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述双定子电机设计方法。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本申请实施例提供的双定子电机设计方法、装置、电子设备及存储介质，分别调整电机内外定子冲片参数、内外绕组参数，实现电机电磁转矩的分配，同时，这些参数的改变会影响电机损耗，影响电机发热，因此可通过调整内外定子电机参数，在满足电机电磁性能要求、经济性要求的基础上，使电机发热量最小，将内外定子直径、槽参数、水道参数、磁密、气隙长度、磁钢最大外形尺寸、磁钢优化尺寸、绕组匝数、并绕根数、输入电流等参数作为优化参数，以电机散热参数、转矩、转矩脉动、电机成本作为优化目标，合理构建电机优化目标函数，在保证电机性能的基础上降低电机优化工作量。

本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、设备中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括多指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序的介质。

以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。

Claims (6)

1.一种双定子电机设计方法，其特征在于，包括：

确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，所述待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量；

确定电机边界条件和待优化参数的种类；

使用优化算法设置所述待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据所述计算结果，确定各所述待优化参数的取值；

判断所述待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤；

所述优化目标函数为：

OPT＝a₁·T_em+a₂·T_rip+a₃·C+a₄·HF_os+a₅·HF_is，

其中，OPT为优化目标参数，T_em为电机输出电磁转矩，T_rip为转矩脉动，C为总材料成本，HF_os为外定子单侧的热负荷通量，HF_is为内定子单侧的热负荷通量，a₁,a₂,a₃,a₄,a₅均为权重参数，a₁+a₂+a₃+a₄+a₅＝1；

所述转矩脉动的计算公式为：

其中，T_x为单个转矩点的转矩，T_avg为平均转矩，T_max为转矩最大值，T_min为转矩最小值，i为转矩点个数；

所述总材料成本的计算公式为：

C＝C_pm+C_Cu+C_Fe，

C_Fe＝P_Fe·D_OSO·L，

其中，C_pm为永磁体成本，C_Cu为铜线成本，C_Fe为铁芯成本，V_pmj为第j块永磁体的最大体积，P_pmj为第j块永磁体的体积单价，n₁为永磁体数量，G_Cu为铜线重量，b_l为第l种线规的并绕根数，P_l为第l种线规的重量单价，b_p为并绕根数，n₂为铜线数量，P_Fe为铁芯质量单价，D_OSO为外定子外径，L为铁芯长度；

所述热负荷通量的计算公式为：

其中，A_os为外定子的线负荷，J_os为外定子的电流密度，f_osm为外定子第m次谐波的频率，B_osm为外定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为外定子与外部接触的散热面积，n₃为外定子的谐波数量，A_is为内定子的线负荷，J_is为内定子的电流密度，f_ism为内定子第m次谐波的频率，B_ism为内定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为内定子与外部接触的散热面积，n₄为内定子的谐波数量；

所述电机边界条件包括外定子外径、内定子外径、铁芯长度、母线电压限值、最大输入电流有效值、电机转速、电机输出转矩和磁密阈值；

所述电机优化变量包括定子内径、定子轭部宽度，定子槽深、定子槽口宽、定子槽肩宽、气隙长度、定子绕组并绕根数、定子绕组匝数、定子绕组电流有效值、定子水道槽开口宽、水道槽深度、水道槽角度。

2.根据权利要求1所述的双定子电机设计方法，其特征在于，所述最大输入电流有效值等于内定子最大电流有效值和外定子最大电流有效值之和。

3.根据权利要求1所述的双定子电机设计方法，其特征在于，所述计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，包括：采用有限元法或磁路法计算电机线电压、输出转矩及磁密参数。

4.一种双定子电机设计装置，其特征在于，所述装置包括：

函数建立模块，用于确定电机设计中的待优化变量，建立优化目标函数，待优化变量包括转矩脉动、总材料成本和热负荷通量；

确定模块，用于确定电机边界条件和待优化参数的种类；

计算模块，用于使用优化算法设置待优化参数的收敛条件，计算电机线电压、输出转矩及磁密参数，得到计算结果，根据计算结果，确定各待优化参数的取值；

判断模块，用于判断待优化参数的取值是否满足设计要求，若满足，结束设计流程，若不满足返回确定电机边界条件和电机优化参数的种类的步骤；

所述优化目标函数为：

OPT＝a₁·T_em+a₂·T_rip+a₃·C+a₄·HF_os+a₅·HF_is，

其中，OPT为优化目标参数，T_em为电机输出电磁转矩，T_rip为转矩脉动，C为总材料成本，HF_os为外定子单侧的热负荷通量，HF_is为内定子单侧的热负荷通量，a₁,a₂,a₃,a₄,a₅均为权重参数，a₁+a₂+a₃+a₄+a₅＝1；

所述转矩脉动的计算公式为：

其中，T_x为单个转矩点的转矩，T_avg为平均转矩，T_max为转矩最大值，T_min为转矩最小值，i为转矩点个数；

所述总材料成本的计算公式为：

C＝C_pm+C_Cu+C_Fe，

C_Fe＝P_Fe·D_OSO·L，

其中，C_pm为永磁体成本，C_Cu为铜线成本，C_Fe为铁芯成本，V_pmj为第j块永磁体的最大体积，P_pmj为第j块永磁体的体积单价，n₁为永磁体数量，G_Cu为铜线重量，b_l为第l种线规的并绕根数，P_l为第l种线规的重量单价，b_p为并绕根数，n₂为铜线数量，P_Fe为铁芯质量单价，D_OSO为外定子外径，L为铁芯长度；

所述热负荷通量的计算公式为：

其中，A_os为外定子的线负荷，J_os为外定子的电流密度，f_osm为外定子第m次谐波的频率，B_osm为外定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为外定子与外部接触的散热面积，n₃为外定子的谐波数量，A_is为内定子的线负荷，J_is为内定子的电流密度，f_ism为内定子第m次谐波的频率，B_ism为内定子的第m次谐波对应的气隙磁密，S为内定子与外部接触的散热面积，n₄为内定子的谐波数量；

所述电机边界条件包括外定子外径、内定子外径、铁芯长度、母线电压限值、最大输入电流有效值、电机转速、电机输出转矩和磁密阈值；

所述电机优化变量包括定子内径、定子轭部宽度，定子槽深、定子槽口宽、定子槽肩宽、气隙长度、定子绕组并绕根数、定子绕组匝数、定子绕组电流有效值、定子水道槽开口宽、水道槽深度、水道槽角度。

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3任一项所述的双定子电机设计方法。

6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的双定子电机设计方法。