Surrogacy-assisted back-emf optimization in PM-BLDC in-wheel motor for operation with delta connection

• Autorzy: Jagieła M. , Mendrela E. A.

Warianty tytułu

PL

Minimalizacja harmonicznych napięcia rotacji zerowej kolejności faz w silniku BLDC z wykorzystaniem metamodelu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Delta connection of three-phase windings of brushless DC motors with the surface-mounted magnets contributes to rise of power loss due to the zero-sequence voltage induced by triplen (3, 9, 15, 21, …) harmonics of main flux. Partial control over this undesired effect can be accomplished by means of modification of winding distribution or an application of larger than normally angle of stack skew. This work attempts to reduce these harmonics by means of application of small skew angle along with the magnetic circuit design using a finite element model. The surrogacy-assisted two-objective genetic optimization of motor's magnetic circuit ensures small losses due to zero-sequence current and locates the motor efficiency at 91 per cent of that of basic motor configuration with phases connected in wye.

PL

Skojarzenie pasm uzwojeń w trójfazowych silnikach bezszczotkowych wzbudzanych magnesami trwałymi w trójkąt skutkuje wzrostem strat wywołanych składową zerową siły elektromotorycznej rotacji indukowanej przez tzw. potrojone (3, 9, 15, 21, …) harmoniczne strumienia głównego. Redukcja tego zjawiska może być osiągnięta za pomocą odpowiedniego rozłożenia cewek lub zastosowania większego niż normalnie kąta skosu rdzenia. W niniejszej pracy analizowana jest także możliwość redukcji składowej zerowej prądu oraz zachowania wartości parametrów eksploatacyjnych maszyny metodą optymalizacji obwodu magnetycznego. Optymalizację przeprowadzono przy zastosowaniu wielokryterialnego algorytmu genetycznego oraz metamodelu utworzonego metodą Krigingu na podstawie obliczeń polowych. W wyniku optymalizacji uzyskano silnik o uzwojeniu skojarzonym w trójkąt, której sprawność jest mniejsza o 9 % od sprawności maszyny pracującej z uzwojeniem skojarzonym w gwiazdę.

Słowa kluczowe

EN

permanent magnet motor; harmonics; multiobjective optimization; metamodel

PL

silnik bezszczotkowy; optymalizacja wielokryterialna; metamodel

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 89, nr 9
• Strony: 257--262
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jagieła M.

• Opole University of Technology, Institute of Electromechanical Systems and Industrial Electronics

autor

Mendrela E. A.

• Louisiana State University, Electrical and Computer Engineering Department

Bibliografia

• [1] Y. B. Kim, H. S. Choi, C.-S. Koh, "A back EMF Optimization of Double Layered Large-Scale Motor", IEEE Trans. Magn., Vol. 47, No. 5, pp. 908-1001, 2010.
• [2] E. Schmidt, M. Susic, A. Eilenberger, "Design Studies on a Permanent Magnet Synchronous Machine with Y and Dconnected Stator Winding", IEEE Trans. Magn., vol. 47, No. 5, pp. 1042-1045, 2010.
• [3] K. Atallah, J. Wang, and D. Howe., "Torque ripple minimization in modular permanent magnet brushless machines”, IEEE Trans. Industry Appl., Vol. 39, No. 6, pp 1689-1695, 2003.
• [4] G. Ombach , J. Junak:, “Torque ripple optimization of skewed IPM motor for field weakening operation”, in Proc. of Int. Conf. on Electrical Machines and Systems (ICEMS'11), pp. 1-7, 2011.
• [5] R. Wrobel, P. H. Mellor, "Design considerations of a direct drive brushless machine with concentrated windings", IEEE Trans. Energy Conv., Vol. 23, no. 1, pp. 1-8, 2008.
• [6] A. M. Oliveira, R. Antunes, P. Kuo-Peng, N. Sadowski, P. Dular, "Electrical machine analysis considering field-circuitmovement and skewing effect", COMPEL, Vol. 23, No. 4, pp. 1080-1091, 2004.
• [7] I. Nishguchi, A. Kameari, K. Haseyama, "On the local force computation of deformable bodies in magnetic field", IEEE Trans. Magn., Vol. 35, no. 3, pp. 1650-1653, 1999.
• [8] G. Dajaku and D. Gerling, “Skewing effect on the PM fluxlinkage high harmonics of the PM machines with delta winding,” in Proc. 13th Eur. Conf. Power Electronics and Applications (EPE’09), pp. 1–7, 2009.
• [9] Lukaniszyn M, Jagiela M, Wrobel R., "Optimization of permanent magnet shape for minimum cogging torque using a genetic algorithm", IEEE Trans. Magn., Vol. 40, No. 2, pp. 1228-1231, 2004.
• [10] G. Pellegrino, F. Cupertino, “FEA-based multi-objective optimization of IPM motor design including rotor losses” in Proc. of Energy Conversion Congress (ECE'10), pp. 3659-3666, 2010.
• [11] J.B. Kim, K.Y. Hwang, B. I. Kwon, "Optimization of Two-phase In-wheel IPMSM for Wide Speed Range by Using the Kriging Model Based on Latin Hypercube Sampling", IEEE Trans. Magn., Vol. 47, no. 5, pp. 1078-1081, 2010.
• [12] A. Kobetski, J. L. Coulomb, M. C. Costa, Y. Meréchal, U. Jönsson, "Comparison of radial basis function approximation techniques", COMPEL, Vol. 22, No. 3, pp. 616-629, 2003.
• [13] J. Sacks, W. J. Welch, T. J. Mitchell, H. P. Wynn, "Design and analysis of computer experiments", Statist. Science, Vol. 4, No. 4, pp. 409-435, 1989.
• [14] G. Crevecoeur, P. Sergeant, L. Dupré, R. Van de Walle, "A Two-level Genetic Algorithm for Electromagnetic Optimization", IEEE Trans. Magn., Vol. 46, No. 7, pp. 2585-2595, 2010.
• [15] K. Deb, A. Pratap, S. Agarwal, and T. Meyarivan, “A Fast Elitist Multiobjective Genetic Algorithm: NSGA-II”, IEEE Trans. Evol. Comp., Vol. 6, No.2, pp. 182-197, 2002.