Multiobjective Geometry Optimization of BLDC Motor Using an Evolutionary Algorithm

• Autorzy: Caramia R , Piotuch R. , Pałka R.

Warianty tytułu

PL

Wielokryterialna optymalizacja geometrii bezszczotkowego silnika prądu stałego z wykorzystaniem algorytmu genetycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a methodology for the optimization of a Brush Less Direct Current motor (BLDC) with 4 poles and 24 slots. In particular, it is focused on a multiobjective optimization using a genetic algorithm developed in Matlab optimization Toolbox, that is coupled with Maxwell 14. The first one has been used for the optimization and the post-processing of the data, the second one for the Finite Element (FE) analysis and for the geometry creation. Aim of the optimization was to maximize the maximum torque value and minimize the mass of a motor. The simulation results of a 2D model showed that the coupling was possible and give satisfactory results. Using simple genetic algorithm it was possible to increase the average torque value of 25% and lower the mass of the main part of the motor of 14%. Obtained results were verified using a 3D model.

PL

W pracy przedstawiono metodę optymalizacji bezszczotkowego silnika prądu stałego z 4 czteroma biegunami i 24 żłobkami. W szczególności praca koncentruje się na optymalizacji wielokryterialnej z wykorzystaniem algorytmów genetycznych (Optimizaton Toolbox) realizowanych w środowisku Matlab, sprzęgniętym ze środowiskiem Maxwell 14. Matlab został użyty do przeprowadzenia procesu optymalizacji oraz przetwarzania danych liczbowych. Środowisko Maxwell zostało użyte do tworzenia geometrii oraz do przeprowadzenia obliczeń Metodą Elementów Skończonych. Celem pracy była maksymalizacja wartości momentu maksymalnego silnika przy minimalnej masie silnika. Wyniki badań symulacyjnych wykonanych dla modelu 2D pokazały, że sprzęgnięcie obu pakietów obliczeniowych jest możliwe i daje satysfakcjonujące rezultaty. Wykorzystując prosty algorytm genetyczny uzyskano 25% wzrost wartości średniej momentu silnika przy spadku masy silnika o 14%. Otrzymane wyniki zostały poddane weryfikacji z wykorzystaniem modelu 3D.

Słowa kluczowe

EN

synchronous motor; optimization; genetic algorithm; Pareto Front

PL

silnik synchroniczny; optymalizacja; algorytm genetyczny; front Pareto

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 3(100), cz. 1
• Strony: 89--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Caramia R

• University of Pavia, Italy

autor

Piotuch R.

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Poland

autor

Pałka R.

• West Pomeranian University of Technology in Szczecin, Poland

Bibliografia

• [1] Di Barba P.: Multiobjective Shape Design In Electricity and Magnetism, Springer, 2010.
• [2] Di Barba P., Mognaschi M. E., Industrial Design With Multiple Criteria: Shape Optimization of a Permanent-Magnet Generator, IEEE Transaction on Magnetics, vol. 45, no. 3, pp. 1482- 1485, 2009.
• [3] H. May, R. Palka, P. Paplicki, S. Szkolny, M. Wardach, Comparative research of different structures of a permanent-magnet excited synchronous machine for electric vehicles, Electrical Review, R. 88 No. 12a/2012, pp. 53-55.
• [4] Pałka R., Paplicki P., Piotuch R., Wardach M.: Analiza polowa i obwodowa silnika synchronicznego z magnesami trwałymi sterowanego regulatorem histerezowym, Przegląd Elektrotechniczny, No. 02b/2013, pp. 147-149.
• [5] Putek P., Slodička M., Paplicki P., Pałka R.: Minimization of cogging torque in permanent magnet machines using the topological gradient and adjoint sensitivity in multi-objective design. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics Vol. 39, no. 1-4 (2012), pp. 933-940.
• [6] Putek P.,Paplicki P., Slodička M., Pałka R., Van Keer R.: Application of topological gradient and continuum sensitivity analysis to the multiobjective design optimization of a permanent magnet excited synchronous machine. Electrical Review, R. 88, no. 7a (2012), pp. 256-260.
• [7] A. Hughes, Electric Motors and Drives, Elsevier, 2006, Great Brittain.
• [8] Keyahani A., Murthy S. K., Studer C. B., Sebastian T.: Study of Cogging Torque in Permanent Magnet Machines, Electric Machines and Power Systems, 27,1999, pp. 665-678.
• [9] P. C. Krause, O. Wasynczuk, and S. D. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery, IEEE Press, Piscataway.
• [10] Di Barba P., Mognaschi M. E., Palka R., Paplicki P., Szkolny S.: Design optimization of a permanent-magnet excited synchronous machine for electrical automobiles. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, IOS Press, vol.39, No. 1-4/2012, pp. 889-895.