(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210903052.4 (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 湖南科技大 学 地址 411201 湖南省湘潭市雨湖区石码头 (72)发明人 张小平　傅搏　吴晓文　曾照福　 余萍　 (74)专利代理 机构 湖南乔熹知识产权代理事务 所(普通合伙) 43262 专利代理师 周琼 (51)Int.Cl. H02K 1/12(2006.01) H02K 1/16(2006.01) H02K 1/20(2006.01) G06F 30/23(2020.01) H02K 15/02(2006.01) (54)发明名称 基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁 降噪优化设计方法 (57)摘要 本发明公开一种基于定子槽结构优化的交 流牵引电机电磁降噪优化设计方法， 是在开槽尺 寸x、 y一定时， 计算交流牵引电机的噪声最小时 在其定子槽底部的最优开槽位置尺寸h'； 根据所 得最优开槽位置， 设置不同开槽尺寸x'、 y'， 计算 对应的电磁噪声及效率， 再根据电磁噪声和效率 与其槽口长边x'、 宽边y'间的函数关系， 构建在 电磁噪声最小和效率最大的目标函数， 求得交流 牵引电机定子槽底部槽口的最佳长、 宽边尺寸。 与现有技术相比， 根据所得最佳长、 宽边槽口尺 寸对其定子槽底部进行开槽处理后， 可在保持电 机效率基本不受影 响的前提下， 达到有效降低其 电磁噪声的目的。 该发明具有方法实现简单、 降 噪效果好等特点。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115241997 A 2022.10.25 CN 115241997 A 1.一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计方法， 其特征在于， 是 在开槽尺寸x、 y一定时， 计算交流牵引电机的噪声最小时在其定子槽底部的最优开槽位置 尺寸h'； 根据所得最优开槽位置， 设置不同开槽尺 寸x'、 y'， 计算对应的电磁噪声及效率， 再 根据电磁噪声和效率与其槽口长边x'、 宽边y'间的函数关系， 构建在电磁噪声最小和效率 最大的目标函数， 求得交流牵引电机 定子槽底部槽口的最佳长、 宽边尺寸。 2.根据权利要求1所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1)从交流牵引电机定子槽底部某侧边开始， 在其槽宽范围内等间距依次选取p组 开槽位置尺寸h， 按照在p组位置处开槽尺寸为长边x、 宽边y进行开槽， 拟合得出p组电磁噪 声值及其对应的位置尺 寸间的函数关系f(h)， 计算电磁噪声 取极小值时所对应的最优开槽 位置尺寸h'； 步骤S2)在步骤S1所得最优开槽位置尺寸h'处， 依次选取n组不同开槽尺寸x'、 y'， 对电 机进行有限元分析， 计算n组x'、 y'所对应的电磁 噪声及效率， 数值拟合得其函数关系f(x, y)， g(x,y)； 步骤S3)根据步骤S2)所得电磁噪声和效率与其槽口长边x'、 宽边y'间的函数关系， 构 建在电磁噪声最小和效率最 大的目标函 数f1(z)， g1(z)， 求得交流牵引电机定子槽底部槽口 的最佳长、 宽边尺寸。 3.根据权利要求2所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特 征在于， 步骤S1)具体包括： 步骤S1.1)从交流牵引电机定子槽底部某侧边开始， 在其槽宽范围内等间距依次选取 多组位置尺寸h； 步骤S1.2)针对步骤S1.1)所确定的每组位置尺寸h处开相同尺寸的槽口， 并对电机进 行有限元分析， 得到相应的电磁噪声值； 步骤S1.3)根据步骤S1.2)所得多组电磁噪声值及其相应的位置尺寸h， 采用数值拟合 方法得到其电磁噪声与相应位置尺寸间的函数关系f(h)； 步骤S1.4)针对步骤S1.3)所得函数关系式求极值， 得到其电磁噪声取极小值时所对应 的最优开槽位置尺寸h'。 4.根据权利要求2所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特 征在于， 步骤S2)具体包括： 步骤S2.1)在步骤S1.4)所得最优开槽位置尺寸h'处开矩形槽 口， 并在其长、 宽边尺寸 取值范围内分别等间距选取n组不同开槽尺寸x'、 y'数据； 步骤S2.2)根据 步骤S2.1)所确定的每组长、 宽边尺寸组合， 开相应的矩形槽口， 并对电 机进行有限元分析， 计算 n组x'、 y'所对应的电磁噪声与效率 值； 步骤S2.3)根据 步骤S2.2)所得各组电磁噪声和效率及其相应的矩形槽口长、 宽边尺寸 数据， 采用数值拟合方法分别得到电磁噪声和效率与其矩形槽口长、 宽边尺寸间的函数关 系f(x,y)， g(x,y)。 5.根据权利要求2所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特 征在于， 步骤S3)具体包括： 步骤S3.1)以矩形槽口长、 宽边尺寸为优化对象， 以电机电磁噪声和效率为优化目标，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115241997 A 2以步骤S2.3)所得电磁噪声和效率函数关系构建相应的目标函数， 设电磁噪声和效率对应 的目标函数分别用f1(z)和g1(z)表示， 并分别以最小化电磁噪声和最大化效率作为其目标 函数f1(z)， g1(z)， 即： f1(z)＝f(x,y)   (4) g1(z)＝1/g(x,y)   (5) 步骤S3.2)确定初始化种群个体数量N， 设置最大迭代次数Dmax， 取变量v的初始值为1， 随机生成第v代父代种群Rv； 步骤S3.3)将第v代父代种群Rv通过非支配排序和选 择、 交叉、 变异生成该代的子代种群 Pv， 并将Rv与Pv合并得到第v代种群Hv； 步骤S3.4)将种群Hv中每个个体zvi(i＝1,…,2N)代入目标函数f1(z)和g1(z)中， 得到相 应的目标函数值f1(zvi)和g1(zvi)； 步骤S3.5)根据步骤S 3.4)所得各个体zvi的目标函数值f1(zvi)和g1(zvi)， 采用非支配排 序遗传算法进行优化， 得到第v+1代父代种群Rv+1； 步骤S3.6)判断迭代次数是否达到最大迭代次数Dmax， 若达到， 则进入步骤S3.7)； 否则， 将迭代次数v加1后， 返回步骤S3.3)； 步骤S3.7)输出 父代种群Rv+1， 构建决策权 重函数u(z(v+1)i)， 具体为： u(z(v+1)i)＝m1f1(z(v+1)i)+m2g1(z(v+1)i)  (5) 式中： m1为电机电磁噪声的权 重系数， m2为电机效率的权 重系数， 且m1+m2＝1。 步骤S3.8)根据公式(5)计算每个个体对应的决策权重函数值， 取其中最小值对应的个 体作为最优解， 由此 得到矩形槽口 的最优长、 宽尺寸。 6.根据权利要求3所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特征在于， 所述步骤S1.3)中采用数值拟合方法得到电机电磁噪声与相应位置尺 寸 间的函数关系， 具体如下： f(h)＝a4h4+a3h3+a2h2+a1h+a0  (1) 式中： f(h)为电磁噪声函数， a4、 a3、 a2、 a1、 a0分别为电磁 噪声函数的系数， h为定子槽底 部开槽位置尺寸。 7.根据权利要求4所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特征在于， 所述步骤S2.1)中确定定子槽内矩形槽口长、 宽尺寸取值范围， 所述长边 取值范围在其定子槽宽减去最佳开槽位置尺寸的范围内， 所述宽边取值范围为定子槽底至 定子通风孔间距离的三分之一范围内。 8.根据权利要求4所述的一种基于定子槽结构优化的交流牵引电机电磁降噪优化设计 方法， 其特征在于， 所述步骤S2.3)中分别 得到电机电磁噪声和效率与其矩形槽口长、 宽边 尺寸间的函数关系， 具体如下： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115241997 A 3