电推进用高效轻质永磁同步电机的设计方法

作     者：张新彤 张成明 李立毅 傅鹏睿 ZHANG Xintong;ZHANG Chengming;LI Liyi;FU Pengrui

作者机构：哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2023年第59卷第8期

页      面：181-195页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52122704,52077044) 国家自然科学基金联合基金(U2141224)资助项目 

主　　题：外转子表贴式永磁同步电机 轻量化结构 效率 整机质量 多目标优化 差分进化算法 

摘      要：平流层飞行器夜间只能依靠蓄电池获得能量,因此,要求其推进电机兼具高效率和高转矩密度的特点。为满足该要求,提出一种电推进用高效轻质永磁同步电机的设计方法。根据电机的螺旋桨负载,建立外转子表贴式永磁同步电机(External rotor surface-mounted permanent magnet synchronous motor,ERSPMSM)轻量化结构的强度和刚度解析模型;基于等效磁网络,建立考虑高频电流谐波影响的ERSPMSM电磁模型,并与轻量化结构的解析模型相结合,进而得到ERSPMSM电磁—结构解析模型;基于该模型,对电机效率和整机质量进行多目标优化,并利用差分进化算法得到帕累托前沿,分析设计参数与优化目标之间的相关性;在帕累托前沿上选择一个解作为电机方案,并通过有限元分析和样机试验,验证了所提出的设计方法的有效性,所设计的10 kW样机重25.7 kg,转矩密度10 N·m/kg,额定效率94%。