基于归一化高斯网络的电机多材料拓扑优化

来源：机床与液压杂志2025年第16期北京时间：

作者：张选举，周金宇

单位：江苏理工学院机械工程学院；金陵科技学院机电工程学院

摘要：目前的电机拓扑优化研究多集中于单一的材料分布，忽略了电机作为复杂多材料系统的本质特性。为此，以四极24槽永磁同步电机为研究对象，引入归一化高斯网络拓扑优化(NGnet-TO) 对电机转子进行多材料拓扑优化，考虑空气、硅钢片以及两种不同充磁方向的永磁体。以高斯函数权重值为设计变量，永磁体面积为约束，结合NSGA-II对高斯函数权重值进行寻优，以获得最优的权重组合并确定电机转子中磁芯、磁通屏障以及磁体的最优分布，实现最大平均转矩和最小转矩脉动的优化目标。结果表明:NGnet-TO法能够自动生成新型结构，显著提升电机性能。为消除新型机构锯齿状边缘，采用B样条曲线拟合技术对优化模型结构边界进行光滑处理，以获得更好的制造性。通过有限元验证，优化后的电机平均转矩提高了27.9%，转矩脉动降低了5.6%，永磁体面积减少了20%。在永磁体面积减少的基础上提升了电机的动力输出能力和运行效率，同时降低了振动与噪声。

关键词：归一化高斯网络;多材料拓扑优化;永磁同步电机;NSGA-II算法

基金资助：国家自然科学基金面上项目(52075232)；江苏省自然科学基金项目(BK20201112)；江苏理工学院研究生实践创新项目 (XSJCX23_70)