CN116541980A - 一种转子冲片尺寸参数优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种转子冲片尺寸参数优化方法，包括：根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型；对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数；基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型；根据响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数。本发明可自动化地得到转子冲片的设计参数，使转子冲片可满足疲劳强度等方面的要求。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机转子冲片尺寸设计领域，更具体地，涉及一种转子冲片尺寸参数优化方法。
背景技术
随着新能源电车技术的发展，新能源电机的市场份额也逐渐增大，电机转子又是新能源电驱动系统中非常重要的一个组成部分。在永磁同步电机结构中，转子冲片上需要开磁钢孔，减重孔和定位孔。而当转子处于高速旋转状态时，由于离心力的作用，当冲片的开孔较多较大时，冲片体脆弱部分的强度不足，其变形和疲劳可能会影响转子冲片的正常工作甚至会造成扫膛等失效。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种转子冲片尺寸参数优化方法，包括：
根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，所述转子冲片仿真模型的输入参数为转子冲片尺寸参数，输出参数为转子冲片的疲劳寿命参数和强度参数；
基于时空填充拉丁超立方抽样方法对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数；
基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型；
根据所述响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，包括：
根据永磁同步电机中转子实际的运行工况，在Ansys软件中的静力学模块中施加给转子冲片对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，所述转子冲片仿真模型的输入参数包括转子冲片孔洞处的尺寸参数，所述转子冲片孔洞处的尺寸参数至少包括孔洞大小和孔洞位置，所述输出参数中的强度参数包括等效应变、径向塑性和最大变形量。
可选的，所述基于时空填充拉丁超立方抽样方法对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数，包括：
根据转子冲片的实际情况与工艺需求，确定转子冲片尺寸参数的取值范围，所述转子冲片尺寸参数包括多个；
在各自取值范围内对转子冲片的每一个尺寸参数分别进行取值，形成多组尺寸参数；
将形成的每一组尺寸参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数，得到每一组尺寸参数与对应的输出参数。
可选的，所述基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型，包括：
基于每一组尺寸参数和对应的输出参数，建立响应面代理模型，得到输入参数和输出参数之间的对应关系。
可选的，所述基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型，之后还包括：
对所述响应面代理模型进行精度验证，当所述响应面代理模型的精度满足设定精度阈值时，对转子冲片尺寸参数进行优化；
当所述响应面代理模型的精度不满足设定精度阈值时，对转子冲片尺寸参数重新进行采样。
可选的，根据所述响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数，包括：
以高温工况和低温工况的疲劳循环次数最大值为优化目标，其它输出参数作为限制条件对转子冲片尺寸参数进行优化，使转子冲片在能满足强度性能的前提下，使其在高温工况下和低温工况下疲劳循环次数均最大的转子冲片最优尺寸参数。
可选的，所述满足强度性能包括：
在指定工况下，最大径向变形量≤最大径向变形量要求值；
在指定工况下，最大塑性变形量≤最大塑性变形量要求值；
在指定工况下，最大等效应变≤最大等效应变要求值。
本发明提供的一种转子冲片尺寸优化方法，对转子冲片进行参数化建模，建立转子冲片仿真模型，得到冲片疲劳/强度的结果。根据仿真模型建立响应代理模型；评估代理模型精度；最后采用EA优化算法，以冲片疲劳寿命为优化目标，等效应变、径向最大变形和径向塑性变形为约束条件进行迭代计算，最终得到一组最优的尺寸参数。本发明可自动化地得到转子冲片的设计参数，使转子冲片可满足疲劳强度等方面的要求。
附图说明
图1为本发明提供的一种转子冲片尺寸参数优化方法流程图；
图2为转子冲片尺寸参数优化方法的整体流程示意图；
图3为冲片磁钢槽参数化模型示意图；
图4为响应面代理模型的示意图。
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楚，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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
对于永磁同步电机的转子冲片尺寸参数的设计，传统的方法只能通过对转子冲片仿真，得到产品性能参数。通常设计一款符合要求的转子冲片需要多次迭代，这个过程复杂繁琐，并且高度依赖工程师的经验。本发明可以通过建立响应代理模型和通过优化迭代算法，自动生成满足设计要求的冲片尺寸参数。本发明操作简单，时间成本低，可自动对优化目标进行寻优处理。
图1为本发明提供的一种转子冲片尺寸参数优化方法流程图，可参见图1和图2所示，方法包括：
S1，根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，所述转子冲片仿真模型的输入参数为转子冲片尺寸参数，输出参数为转子冲片的疲劳寿命参数和强度参数。
作为实施例，所述根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，包括：根据永磁同步电机中转子实际的运行工况，在Ansys软件中的静力学模块中施加给转子冲片对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，所述转子冲片仿真模型的输入参数包括转子冲片孔洞处的尺寸参数，所述转子冲片孔洞处的尺寸参数至少包括孔洞大小和孔洞位置，所述输出参数中的强度参数包括等效应变、径向塑性和最大变形量。
可理解的是，采用ansys workbench建立仿真模型。根据转子实际运行工况，对转子冲片施加温度、转速等边界条件，完成静力学模型搭建后，对冲片磁钢槽的几何参数进行参数化设置，并将关键几何参数作为参数化模型的关键设计变量；将模型的输出参数：疲劳循环次数、最大径向变形、最大塑性变形和最大等效应变作为参数化模型的响应输出参数。
根据实际情况与加工需求，确定输入冲片尺寸参数的上下限，也就是确定转子冲片尺寸参数的取值范围。本发明中，将18个尺寸参数作为参数化模型的关键设计变量，可参见图3，确定尺寸参数上下限时需保证几何不发生干涉，并能满足设计需求。
S2，基于时空填充拉丁超立方抽样方法对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数。
作为实施例，所述基于时空填充拉丁超立方抽样方法对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数，包括：根据转子冲片的实际情况与工艺需求，确定转子冲片尺寸参数的取值范围，所述转子冲片尺寸参数包括多个；在各自取值范围内对转子冲片的每一个尺寸参数分别进行取值，形成多组尺寸参数；将形成的每一组尺寸参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数，得到每一组尺寸参数与对应的输出参数。
可理解的是，根据转子冲片的实际情况和工艺要求，确定转子冲片尺寸参数的上下限，即转子冲片尺寸参数的取值范围。确定好了转子冲片的每一个尺寸参数后，对尺寸参数进行抽样，对每一个尺寸参数在取值范围内进行取值，比如，转子冲片的孔洞大小取一个值，孔洞位置取一个值，形成一组尺寸参数，可以依次取多组值，形成多组尺寸参数。将每一组尺寸参数输入转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数。那么基于转子冲片仿真模型，一组尺寸参数对应一组输出参数。
S3，基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型。
所述基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型，包括：基于每一组尺寸参数和对应的输出参数，建立响应面代理模型，得到输入参数和输出参数之间的对应关系。
可理解的是，基于步骤S2中每一组尺寸参数和对应的一组输出参数，建立响应面代理模型，该响应面代理模型反映了输入参数(转子冲片的尺寸参数)和输出参数(响应)之间的对应关系。
将搭建好的原参数化模型(转子冲片的尺寸参数)采用空间填充拉丁超立方抽样80次后进行灵敏度分析，构建响应面代理模型。得到冲片输入项与输出项的对应关系(如冲片某一尺寸会如何影响冲片的疲劳性能)。
作为实施例，所述基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型，之后还包括：对所述响应面代理模型进行精度验证，当所述响应面代理模型的精度满足设定精度阈值时，对转子冲片尺寸参数进行优化；当所述响应面代理模型的精度不满足设定精度阈值时，对抓着你冲片尺寸参数重新进行采样。
可理解的是，在建立响应面代理模型的过程中，对构建的响应面代理模型进行精度验证。若响应面代理模型精度不满足要求，则调整采样点，重新构建响应面代理模型；若响应面代理模型精度满足要求，则进行后续的步骤。
响应面代理模型以预测系数(CoP)为评判标准，CoP越接近1，说明响应面代理模型拟合精度越高，优化效果越好。检查响应面代理模型的预测系数CoP，若响应面代理模型CoP≥90％，则检查尺寸参数(输入项)与冲片机械性能(输出项)；若＜90％，则对采样点重新进行采样处理，重新构建响应面代理模型。最终构建的响应面代理模型示意图参见图4。
S4，根据所述响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数。
作为实施例，根据所述响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数，包括：以高温工况和低温工况的疲劳循环次数最大值为优化目标，其它输出参数作为限制条件对转子冲片尺寸参数进行优化，使转子冲片在能满足强度性能的前提下，使其在高温工况下和低温工况下疲劳循环次数均最大的转子冲片最优尺寸参数。
可理解的是，对转子冲片的尺寸参数进行设置，以转子冲片的强度性能(等效应变，径向塑性变形和径向最大变形)为限制条件，疲劳寿命为优化目标。采用Optislang软件中的EvolutionaryAlgorithm(EA)优化方法，通过以上设置，软件可自动找出满足符合上述设置的最优解(帕累托前沿)，即转子冲片的最优尺寸参数。
以转子冲片的强度参数为约束条件，约束条件设置为：
在指定工况下，寻找冲片疲劳的最优解(通过改变冲片尺寸参数使疲劳寿命最高)；在指定工况下，最大径向变形量≤最大径向变形量要求值；在指定工况下，最大塑性变形量≤最大塑性变形量要求值；在指定工况下，最大等效应变≤最大塑性变形量要求值。
本发明的优化目标为高温工况和低温工况的疲劳循环次数最大值，其他输出参数作为限制条件进行优化，使转子冲片在能满足强度性能(径向最大变形，径向塑性变形和等效应变能满足要求)的前提下，寻找高温工况和低温工况下疲劳最优的情况，生成帕累托前沿曲线。下表1为优化前后的疲劳周期数。
表1
| 优化前(次) | 优化后(次) | |
| 高温疲劳 | 8.19E5 | 1.44E6 |
| 低温疲劳 | 6.59E4 | 1.02E5 |
本发明实施例提供的一种转子冲片尺寸参数优化方法，对转子冲片进行参数化建模，建立转子冲片仿真模型，得到冲片疲劳/强度的结果。根据仿真模型建立响应代理模型；评估代理模型精度；最后采用EA优化算法，以冲片疲劳寿命为优化目标，等效应变、径向最大变形和径向塑性变形为约束条件进行迭代计算，最终得到一组最优的尺寸参数。本发明可自动化地得到转子冲片的设计参数，使转子冲片可满足疲劳强度等方面的要求。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，包括：
根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，所述转子冲片仿真模型的输入参数为转子冲片尺寸参数，输出参数为转子冲片的疲劳寿命参数和强度参数；
基于时空填充拉丁超立方抽样方法对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数；
基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型；
根据所述响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数。
2.根据权利要求1所述的转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，所述根据永磁同步电机转子实际运行工况，给转子冲片施加对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，包括：
根据永磁同步电机中转子实际的运行工况，在Ansys软件中的静力学模块中施加给转子冲片对应的温度和转速，建立转子冲片仿真模型，所述转子冲片仿真模型的输入参数包括转子冲片孔洞处的尺寸参数，所述转子冲片孔洞处的尺寸参数至少包括孔洞大小和孔洞位置，所述输出参数中的强度参数包括等效应变、径向塑性和最大变形量。
3.根据权利要求1所述的转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，所述基于时空填充拉丁超立方抽样方法对输入参数进行采样，并将采样的输入参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数，包括：
根据转子冲片的实际情况与工艺需求，确定转子冲片尺寸参数的取值范围，所述转子冲片尺寸参数包括多个；
在各自取值范围内对转子冲片的每一个尺寸参数分别进行取值，形成多组尺寸参数；
将形成的每一组尺寸参数输入所述转子冲片仿真模型中，获取对应的输出参数，得到每一组尺寸参数与对应的输出参数。
4.根据权利要求4所述的转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，所述基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型，包括：
基于每一组尺寸参数和对应的输出参数，建立响应面代理模型，得到输入参数和输出参数之间的对应关系。
5.根据权利要求1所述的转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，所述基于采样的输入参数与对应的输出参数，对输入参数进行灵敏度分析，建立响应面代理模型，之后还包括：
对所述响应面代理模型进行精度验证，当所述响应面代理模型的精度满足设定精度阈值时，对转子冲片尺寸参数进行优化；
当所述响应面代理模型的精度不满足设定精度阈值时，对抓着你冲片尺寸参数重新进行采样。
6.根据权利要求1所述的转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，根据所述响应面代理模型，以转子冲片的强度参数为约束条件，以转子冲片的疲劳寿命参数为优化目标，不断调整转子冲片的尺寸参数，使得转子冲片的疲劳寿命最大，得到转子冲片的最优尺寸参数，包括：
以高温工况和低温工况的疲劳循环次数最大值为优化目标，其它输出参数作为限制条件对转子冲片尺寸参数进行优化，使转子冲片在能满足强度性能的前提下，使其在高温工况下和低温工况下疲劳循环次数均最大的转子冲片最优尺寸参数。
7.根据权利要求6所述的转子冲片尺寸参数优化方法，其特征在于，所述满足强度性能包括：
在指定工况下，最大径向变形量≤最大径向变形量要求值；
在指定工况下，最大塑性变形量≤最大塑性变形量要求值；
在指定工况下，最大等效应变≤最大等效应变要求值。
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| CN117066337A (zh) * | 2023-10-18 | 2023-11-17 | 南通双耀冲压有限公司 | 用于电机定转子加工的冲压控制方法及系统 |
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| CN117066337B (zh) * | 2023-10-18 | 2023-12-29 | 南通双耀冲压有限公司 | 用于电机定转子加工的冲压控制方法及系统 |
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