最高温度与应力约束下的电机多材料拓扑优化
最优化与控制
2026-04-01 v1
摘要
近年来，使用拓扑优化方法进行电机设计变得越来越流行。由于对功率密度增加的期望以及近期高速电机的趋势，热方面发挥着越来越重要的作用。在这项工作中，我们对电机进行多材料拓扑优化，其中代价函数既取决于电磁场，也取决于由电磁损耗产生的温度分布。我们提供了这个耦合多物理场问题的拓扑导数，该问题由麦克斯韦方程的磁准静态近似和稳态热方程组成。我们在多材料水平集算法中使用它，以便在保持温度低于规定值的同时，在固定体积的永磁体材料下最大化电机的平均扭矩。最后，为了确保机械稳定性，我们额外对机械应力施加了约束。给出了永磁同步电机优化的数值结果，表明与参考设计相比，在满足温度和应力约束的同时，性能有显著提升。
引用
@article{arxiv.2504.12426,
title = {Multi-material topology optimization of electric machines under maximum temperature and stress constraints},
author = {Peter Gangl and Nepomuk Krenn and Herbert De Gersem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.12426},
year = {2026}
}