Applications of an evolutionary algorithm in construction optimization of electrical motors

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

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie algorytmu ewolucyjnego do optymalizacji konstrukcji silników elektrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper deals with evolutionary optimization of construction parameters for brushless DC permanent magnet (BLDC) and transverse flux (TFM) motors. For a BLDC motor permanent magnets shape parameters are optimized to provide a minimum cogging torque. It is shown that the cogging torque in the motor with the multipolar excitation of permanent magnets is reduced six times as compared with the conventional BLDC motor. For a TFM, magnetic circuit construction parameters are optimized to compromise between the high electromagnetic torque and low torque pulsations. For both motors, the evolutionary optimization algorithm is coupled with a 3D FEM program employed for precise modeling of the electromagnetic field.

PL

W artykule przedstawiono optymalizację parametrów obwodu magnetycznego bezszczotkowych silników prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDC) oraz silnika reluktancyjnego przełączalnego z zewnętrznym wirnikiem i ze strumieniem poprzecznym (transverse flux motor - TFM). W silniku BLDC optymalizowano wymiary magnesu trwałego, aby otrzymać minimalną wartość momentu od zębów (tzw. momentu zaczepowego). W pracy pokazano, że przy zastosowaniu magnesów trwałych ze zmiennym kierunkiem wektora magnetyzacji moment zaczepowy może być zredukowany sześciokrotnie, w stosunku do silnika z magnesami o radialnym kierunku wektora'magnetyzacji. W przypadku silnika TFM zadanie optymalizacji sprowadzało się do zmiany wymiarów zębów wirnika, aby otrzymać maksymalny moment elektromagnetyczny przy stosunkowo niskich jego pulsacjach. W obu zadaniach optymalizacji algorytm ewolucyjny współpracował z programem opartym na trójwymiarowej metodzie elementów skończonych (FEM), w celu dokładnego modelowania pola magnetycznego w silnikach.

Słowa kluczowe

EN

brushless DC motor; transverse flux motor; electromagnetic torque; evolutionary optimization; 3D field modeling; ripple/cogging torque

PL

bezszczotkowe silniki prądu stałego; silniki ze strumieniem poprzecznym; moment elektromagnetyczny; algorytmy ewolucyjne; pulsacje momentu

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Śląskiej. Elektryka
• Rocznik: 2010
• Tom: z. 4
• Strony: 55--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Kowol M.

autor

Młot A.

autor

Łukaniszyn M.

autor

Latawiec K.

• Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej, Politechnika Opolska,

Bibliografia

• 1. Łukaniszyn M., Jagieła M., Wróbel R.: Optimization of permanent magnet shape for minimum cogging torque using a genetic algorithm. " I E E E Trans. Magn." 2004, Vol. 40, No.2, p. 1228-1231.
• 2. Borghi C.A., Casadei D., Cristofolinii A., Fabbri M., Serra G.: Application of a multiobjective minimization technique for reducing t h e torque ripple in permanent magnet motors. " I E E E Trans. Magn." 1999, Vol. 35, No. 5, p. 4238-4246.
• 3. Zhu Z.Q., Howe D.: Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines. " I E E E Trans. Energy Conversion" 2000, Vol. 15, N o . 4, p. 407-412.
• 4. Łukaniszyn M., Młot A.: Influence of t h e inhomoge-neous magnetization vector on the cogging torque in a brushless DC motor (in polish). XLII International Symposium on Electrical Machines SME'06, Kraków 2006, p. 111-115.
• 5. Łukaniszyn M., Młot A.: Torque characteristics of a BLDC motor with multipolar excitation. ISTET, Szczecin 2007.
• 6. Nakata T., Takahashi N., Uehara K.: Analysis of magnetic characteristics of brushless DC motor taking into account the distribution of magnetization. " I E E E Trans. Magn." 1986, Vol. 22, p. 1084-1086.
• 7. Babazadeh A., Parspour N., Hanifi A.: Transverse flux machine for direct drive robots: Modelling and analysis. IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics, Singapore 2004, Vol. I, p. 376-380.
• 8. Kastinger G.: Design of a novel transverse flux machine. ICEM 2002, Brugge, August 2002.
• 9. Kowol M.: Performance Analysis of an Outer-rotor Switched Reluctance Motor for Light Vehicles (in Polish). Ph.D. thesis, Opole University of Technolo-gy, Opole 2008.
• 10. Łukaniszyn M., Kowol M.: Influence of construction modification on the electromechanical parameters of the modular reluctance motor with outer rotor, (in Polish). "Przegląd Elektrotechniczny" 2006, R. 82, No. 11, p.43-45.
• 11. 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 2007, p.157-166.
• 12. Wang X., Du J., Ren N., Liu Z., Tang R.: Optimization of Stator Structure of Transverse Flux Motor. "Journal of Iron and Steel Research International" 2006, Vol. 13 Supplement l , p . 466-470.