摘要
结构优化在提升磁致执行器性能方面起着至关重要的作用。传统的设计方法，如参数扫描法，由于依赖于经验性的几何形状而存在局限性。与此同时，常用的拓扑优化技术——包括带惩罚项的各向同性固体材料法（SIMP）和水平集法——往往面临设计变量众多、计算成本高以及结构边界不明确等问题。为克服这些限制，本文提出了一种基于超椭圆的新型无梯度拓扑优化方法，用于设计磁致执行器的磁轭。该方法具有三大优势：（1）所需设计变量极少，每个超椭圆仅需七个参数即可描述，从而降低了设计空间的维度，简化了优化问题；（2）无需后处理即可获得清晰平滑的结构边界；（3）无需梯度信息，可利用仅依赖目标函数评估的随机算法，如遗传算法。通过磁轭优化的案例研究表明，该方法得到的磁力输出与SIMP方法相当甚至更优，但所需的变量更少，实现方式也更简单。这项工作为磁致执行器及相关电磁装置的概念设计提供了一种高效的新工具。
