1.本发明涉及高速永磁直流电机技术领域，尤其涉及一种面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法。
背景技术：2.永磁直流电机凭借结构简单、运行可靠、成本低廉的优势，在家用电器、电动工具、办公设备、汽车、it产品等得到广泛应用。永磁直流电机的金属零件大多为通过模具生产，永磁体等零件则通过合作厂商采购补充。随着电机产量以及应用需求品种增加，现有生产模式需通过改进模具或订购新规格零件来生产出满足各种应用需求的永磁直流电机，但该方式成本较高，无法满足订单较少的客户需求。因此需要一种对产线更改较少、设计周期短、低成本、提高生产模式柔性的永磁直流电机设计方法。
3.现有专利提及的关于永磁直流电机设计的方法，如cn113946917a提供了一种考虑运行工况的永磁电机优化设计方法，将运行工况分析与多目标优化相结合进行电机优化设计，降低计算成本，提高优化效益，但未考虑实际生产状况，降低成本有限；如cn110212710a提供了一种车用永磁同步电机设计方法，可基于永磁同步电机实际性能需求确定电机结构参数，降低永磁同步电机的设计成本、缩短其设计周期，但该设计方法未结合企业生产实际，设计结果的生产成本不一定得到降低。
4.1)、“一种考虑运行工况的永磁电机优化设计方法”，专利号cn113946917a，该专利公开了一种考虑运行工况的永磁电机优化设计方法，该方法将运行工况分析与多目标优化相结合进行电机优化设计。首先，根据选定运行工况，采用k聚类法确定代表工作点及其占比；其次，构建电机参数化模型，采用响应面法拟合磁链模型，通过公式法确定不同代表点最大转矩电流比控制或弱磁控制下的电枢电流，有效评估各代表工作点电磁性能；最后，以有效材料成本与工况损耗为优化目标进行电机多目标优化。多目标优化过程中采用灵敏度分析将设计变量分级优化，对低灵敏变量单参数寻优，对高灵敏变量建立响应面模型，借助多目标算法生成帕累托解集，高效准确地确定电机最优参数组合，进而降低电机制造成本并提高电机性能。但并未结合实际生产状况，降低成本有限。
5.2)、“一种车用永磁同步电机设计方法”，专利号cn110212710a。该专利公开了一种车用永磁同步电机设计方法，其不仅可以基于永磁同步电机的实际性能需求确定电机结构参数，如定子内径、转子外径、气隙长度、电枢计算长度等，还可以通过计算机仿真的方式模拟分析所设计永磁同步电机的输出性能，分析验证设计方法确定的电机结构参数并降低试验样机在性能输出量、动态特性和工作效率等方面不满足设计要求的可能性，从而降低永磁同步电机的设计成本、缩短其设计周期。但该设计方法未结合企业生产实际，设计结果的生产成本不一定得到降低。
技术实现要素：6.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种面向转速定制小型高速永磁直流
电机选配设计方法，该方法提高企业生产的柔性程度，降低面向客户转速定制所需的成本，缩短研发周期。
7.本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
8.一种面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，包括：
9.a确定电机可选配的配件对象个数，统计各配件对象可选择的型号个数，划分各配件对象的调整水平；
10.b基于配件对象个数与配件对象的调整水平数目，计算选配设计所需的正交试验表，根据正交试验表得到选配组合，并根据转速需求设计试验评价指标；
11.c根据正交试验表得到的选配组合进行仿真或实物试验，统计各因素水平组合下的指标数值，结合数据分析确定最优组合；
12.d基于最优配件类型组合，获取并结合换向偏转角与评价指标关系曲线，调整换向偏转角使选配后电机转速进一步接近定制目标转速。
13.与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
14.该方法结合了企业现有生产条件，通过现有电机零件的优化选配、换向偏转角调整，实现面向转速定制的电机设计，提高企业产线的柔性程度，降低面向客户转速定制所需的成本，并缩短研发周期。针对现有小型直流永磁电机具有灵活度高、成本低、设计周期短的优点。
附图说明
15.图1是面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法工作流程图；
16.图2是面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法程序框架图；
17.图3是换向偏转角调整方法示意图；
18.图4是换向偏转角与评价指标关系曲线。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
20.如图1和图2所示，为面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法工作流程，包括如下步骤：
21.步骤10确定电机可选配的配件对象个数，统计各配件对象可选择的型号个数，划分各配件对象的调整水平；
22.步骤20基于配件对象个数与配件对象的调整水平数目，计算选配设计所需的正交试验表，根据正交试验表得到选配组合，并根据转速需求设计试验评价指标；
23.步骤30根据正交试验表得到的选配组合进行仿真或实物试验，统计各因素水平组合下的指标数值，结合数据分析确定最优组合；
24.步骤40基于最优配件类型组合，获取并结合换向偏转角与评价指标关系曲线，调整换向偏转角使选配后电机转速进一步接近定制目标转速。
25.上述步骤10中，根据表1所示电机可选配件对象及型号个数。其电机可选配的配件对象数量为e＝4，可选配的单个配件对象则为m，则可选配的配件对象集合m为
26.m＝{m1,m2,m3,m4}
27.针对单个配件对象m，其可选择的型号个数为t(m)，即t(m)为m的调整水平数目。此处实例每个配件对象m对应型号个数一致，所以t(m)＝5。
28.表1
[0029][0030]
上述步骤20基于配件对象个数、调整水平数目，计算选配设计所需的正交试验表，并根据转速需求设计试验评价指标，其中调整水平个数为s＝5，因素个数为f＝4，可通过查询标准正交试验表获取一系列正交试验表，且r
p
需满足
[0031][0032]
最终可计算出目标正交表的r＝25,故选择l
25
(56)。
[0033]
根据转速需求设计试验评价指标，具体为：目标电机空载转速为n＝21000rpm，目标负载转速为n
load
＝18000rpm，第i组选配组合的试验空载转速为n
t-i
，目标负载转速为n
tload-i
，则第i组选配组合，此次转速需求主要为空载转速，故试验评价指标yi为
[0034][0035]
步骤30根据正交试验表得到的选配组合进行仿真或实物试验，统计各因素水平组合下的指标数值，可获得表2所示结果。
[0036]
表2
[0037]
[0038][0039]
针对单个配件对象mj,j∈[1,4]，其对应不同调整水平k∈[1,5]，选配组中合包含配件对象mj第k个水平的所有试验组合记为g(mj,k)，则存在均值为
[0040][0041]
可获得表3所示均值x
jk
结果。
[0042]
表3
[0043][0044]
综上，可得最优组合为转子叠片槽宽＝1.35mm，转子叠片数量＝42，绕组铜线直径＝0.11mm，绕组铜线匝数＝120。
[0045]
步骤40基于最优配件类型组合，图3为换向偏转角示意图，通过改变101电刷与102永磁体的相对位置，进而改变换向偏转角，图中所示换向偏转角为-β
°
。基于上述调整方式，获取图4所示换向偏转角与评价指标关系曲线，基于该曲线调整换向偏转角使选配后电机转速进一步接近定制目标转速。最后得出可通过调整换向偏转角15
°
进一步接近定制目标转速。
[0046]
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
技术特征：1.一种面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，其特征在于，所述方法包括：a确定电机可选配的配件对象个数，统计各配件对象可选择的型号个数，划分各配件对象的调整水平；b基于配件对象个数与配件对象的调整水平数目，计算选配设计所需的正交试验表，根据正交试验表得到选配组合，并根据转速需求设计试验评价指标；c根据正交试验表得到的选配组合进行仿真或实物试验，统计各因素水平组合下的指标数值，结合数据分析确定最优组合；d基于最优配件类型组合，获取并结合换向偏转角与评价指标关系曲线，调整换向偏转角使选配后电机转速进一步接近定制目标转速。2.如权利要求1所述的面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，其特征在于，所述步骤a中，电机可选配的配件对象数量为e，可选配的单个配件对象则为m，则可选配的配件对象集合m为：m＝{m1,m2,m3...m
e
}针对单个配件对象m，其可选择的型号个数为t(m)，t(m)为m的调整水平数目。3.如权利要求1所述的面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，其特征在于，所述步骤b中计算选配设计所需的正交试验表，具体包括：所需正交试验表l
r
s
f
调整水平个数为s，因素个数为f，试验次数为r，其中基于s，f，通过查询标准正交试验表获取一系列正交试验表，最终目标正交表的r需满足：所述根据转速需求设计试验评价指标，具体为：目标电机空载转速为n，目标负载转速为n
load
，第i组选配组合的试验空载转速为n
t-i
，目标负载转速为n
tload-i
，则第i组选配组合，试验评价指标y
i
为：其中a、b分别为空载转速、负载转速设计权重，并可根据空载转速、负载转速设计需求调整a、b大小。4.如权利要求1所述的面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：根据正交试验表得到的选配组合进行仿真或实物试验是基于试验
评价指标y
i
计算方法，获取试验表所有选配组合下的试验评价指标y
i
；针对单个配件对象m
j
,j∈[1,e]，其对应不同调整水平k∈[1,t(m
j
)]，选配组合中包含配件对象m
j
第k个水平的所有试验组合记为g(m
j
,k)，则存在均值x
jk
为：针对单个配件对象m
j
，其min(x
jk
)对应水平k为m
j
的最佳选配水平，最优组合为所有配件对象m
j
的最佳选配水平类型的组合。5.如权利要求1所述的面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，其特征在于，所述步骤d具体包括：基于最优配件类型组合，通过仿真获取换向偏转角与空载转速、负载转速的关系曲线，根据曲线变化趋势，通过调整换向偏转角，进一步使评价指标y更小。
技术总结本发明公开了一种面向转速定制小型高速永磁直流电机选配设计方法，包括：确定电机可选配的配件对象个数，统计各配件对象可选择的型号个数，划分各配件对象的调整水平；基于配件对象个数、调整水平数目，计算选配设计所需的正交试验表，并根据转速需求设计试验评价指标；根据正交试验表得到的选配组合进行仿真或实物试验，统计各因素水平组合下的指标数值，结合数据分析确定最优组合；基于最优配件类型组合，获取并结合换向偏转角与评价指标关系曲线，调整换向偏转角使选配后电机转速进一步接近定制目标转速。本发明结合了企业现有生产条件，通过现有电机零件的优化选配、换向偏转角调整，实现面向转速定制的电机设计，提高企业产线的柔性程度，降低面向客户转速定制所需的成本，并缩短研发周期。并缩短研发周期。并缩短研发周期。
技术研发人员：刘桂雄 谢振宇 谢佳娜
受保护的技术使用者：揭阳市汇宝昌电器有限公司
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/7/5
