Analysis of criterion functions in optimization of the magnetic circuit for TFM

• Autorzy: Kowol M. , Łukaniszyn M. , Latawiec K.

Warianty tytułu

PL

Analiza funkcji celu w optymalizacji obwodu magnetycznego silnika reluktancyjnego TFM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an optimal design of the magnetic circuit for a modular reluctance TFM. A numerical model of the motor developed in the Flux3D program is coupled with a Matlab-based evolutionary algorithm for optimization of construction parameters of the magnetic circuit. The fundamental role of a type of an optimization criterion function is comparatively analysed and a new effective criterion function is introduced.

PL

W artykule przedstawiono optymalizację obwodu magnetycznego silnika reluktancyjnego o budowie modułowej z wirnikiem zewnętrznym (rys. 1), przy zastosowaniu różnych wariantów funkcji celu. Do minimalizacji funkcji celu zastosowano algorytm ewolucyjny (AE), będący uogólnieniem algorytmu genetycznego, dostępny w bibliotece programu Matlab. Do projektowania obwodu magnetycznego zastosowano natomiast program do obliczeń polowych metodą elementów skończonych Flux3D. Ze względu na to, że modele polowe charakteryzują się dużym kosztem obliczeń, w szczególności przy zastosowaniu trójwymiarowej metody elementów skończonych, algorytm optymalizacyjny został rozbudowany dodatkowo o bazę danych. W bazie tej zapisywano dane osobników oraz obliczony dla nich moment elektromagnetyczny. Przed wykonaniem obliczeń polowych, zostaje wykonana procedura przeszukiwania bazy, w celu sprawdzenia, czy dla wygenerowanego osobnika nie zostały juz wcześniej wykonane obliczenia polowe. Pierwszym zadaniem optymalizacyjnym było poszukiwanie największej wartości średniej momentu elektromagnetycznego. Funkcję celu opisano zależnością (2). W dalszej części pracy przeprowadzono obliczenia poszukiwania takiego rozwiązania, dla którego pulsacje momentu elektromagnetycznego (ε) byłyby jak najmniejsze. W tym przypadku funkcja celu została opisana zależnością (3). Pierwsze rozwiązanie charakteryzowało się uzyskaniem dużej wartości średniej momentu elektromagnetycznego w stosunku do modelu podstawowego, jednakże pulsacje momentu również wzrosły (tab. 2). Natomiast dla drugiego rozwiązania uzyskano zmniejszenie pulsacji momentu elektromagnetycznego o ponad 50% w stosunku do modelu bazowego, przy czym uzyskana wartość średnia momentu elektromagnetycznego jest mniejsza niż dla pierwszego rozwiązania (tabela 3). Stąd też w kolejnym etapie obliczeń optymalizacyjnych problem optymalizacji zdefiniowano jako poszukiwanie wysokiej wartości średniej momentu elektromagnetycznego przy jednoczesnej minimalizacji jego pulsacji. Dla tak zdefiniowanego zadania funkcję celu opisano zależnościami (4) i (5). Wyniki obliczeń zamieszczono w tabelach 4 i 5. Przeprowadzona analiza pozwala na określenie optymalnych wymiarów obwodu magnetycznego, które w efekcie dają najlepsze rozwiązanie pod kątem poprawy wartości parametrów elektromechanicznych silnika już na etapie projektowania. Prezentowana metoda optymalizacyjna jest względnie prostym i skutecznym narzędziem do poszukiwania optymalnych parametrów konstrukcyjnych modeli numerycznych.

Słowa kluczowe

EN

magnetic circuit optimization; criterion function; transverse flux motor

PL

obwód magnetyczny; optymalizacja obwodu magnetycznego; funkcja celu; silnik TFM; silnik reluktancyjny

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Elektrotechniki
• Czasopismo: Prace Instytutu Elektrotechniki
• Rocznik: 2009
• Tom: Z. 240
• Strony: 151--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowol M.

autor

Łukaniszyn M.

autor

Latawiec K.

• Opole University of Technology, Luboszycka 7, 45-036 Opole,

Bibliografia

• 1. Flux3d, User’s guide, vol. 1-4, 2004..
• 2. Goldberg D.E.: Algorytmy genetyczne i ich zastosowanie, WNT, Warszawa, 1998.
• 3. Goryca Z., Łukaniszyn M., Jagieła M., Wróbel R.: Analiza momentu elektromagnetycznego w silniku reluktancyjnym, XXXIX SME, Cedzyna/Kielce 2002, pp. 333-339.
• 4. Isastia V., Bellulcci M.: A New Configuration of a TFPM Machine for a Wheel Motor, ICEM, 5-8 September, Cracow, 2004, Vol. 1, pp. 139-140.
• 5. Kastinger G.: Design of a novel transverse flux machine, ICEM 2002, Brugge, August 2002.
• 6. Kowol M.: Obliczanie momentu elektromagnetycznego modułowego silnika reluktancyjnego z wirnikiem zewnętrznym, VII Międzynarodowe Warsztaty Doktoranckie, OWD’2005, Wisła, vol. 2, pp. 291-296.
• 7. Łukaniszyn M., Kowol M.: Analiza pracy modułowego silnika reluktancyjnego z wirnikiem zewnętrznym, Śląskie Wiadomości Elektryczne, 4’2005, pp. 4-7.
• 8. Łukaniszyn M., Kowol M.: Wpływ zmian konstrukcyjnych na parametry elektromechaniczne silnika reluktancyjnego z wirnikiem zewnętrznym, Przegląd Elektrotechniczny, 11’2006, pp. 43-45.
• 9. Łukaniszyn M., Kowol M.: Optimization of magnetic circuit of a modular reluctance motor with an outer rotor, Poznań University of Technology Academic Journals, Electrical Engineering, pp. 157-166
• 10. Łukaniszyn M., Tomczewski K., Witkowski A., Wróbel K.: Optymalizacja kształtu obwodu magnetycznego przełączalnego silnika reluktancyjnego na podstawie przebiegów momentu, XLIII Międzynarodowe Sympozjum Maszyn Elektrycznych, SME’2007, Poznań, 2007, pp. 195-196.
• 11. Michalewicz Z.: Algorytmy genetyczne + Struktury danych = Programy ewolucyjne, WNT, Warszawa, 1996.
• 12. Wincenciak S.: Metody i algorytmy optymalizacji kształtu obiektów w polu elektromagnetycznym, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 1998.