机械工程学报

作者：张新彤, 张成明, 李立毅, 傅鹏睿

单位：哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 哈尔滨 150001

关键词：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；

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

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%。

来源：2023年第8期

《机械工程学报》期刊编辑部

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