بهینه‌سازی چند هدفه موتورهای با آهنربای سطحی با روش های طراحی هندسه آهنربا روتور

در این مقاله یک مدل تحلیلی برای پیش بینی گشتاور دندانه و چگالی شار با در نظر گرفتن اثر شیار استاتور در ماشین‌های با آهنربای سطحی ارایه شده است. از رابطه تنسور تنش ماکسول برای محاسبه گشتاور دندانه در فاصله هوایی استفاده میشود. الگو مغناطیس شوندگی آهنربا شعاعی و موازی در نظر گرفته شده است و نتایج بهدست آمده از مدل تحلیلی با روش المان محدود تایید میشود. با استفاده از مدل تحلیلی فراهم شده اقدام به بهینه‌سازی همزمان گشتاور دندانه و نسبت مولفه مکانی اصلی به مولفه های مکانی مرتبه بالاتر چگالی شار فاصله هوایی مینماییم. گشتاور دندانه و مولفه های مکانی چگالی شار بسیار به هندسه آهنربا حساس میباشند، بنابراین با بهینه کردن هندسه آهنربا میتوان عملکرد ماشین را بهبود بخشید.  از روش های طراحی هندسه آهنربا استفاده شده بهینه سازی طول کمان آهنربا، جابجایی قطب آهنربا و استفاده از آهنربا با مغناطیس شوندگی متفاوت میباشد. از آن جهت که دو متغیر ذکر شده در تابع هدف از یک جنس نمی‌باشند، از مقادیر نرمالیزه شده متغیرها در تابع هدف استفاده شده است، برای بهینه سازی پارامترهای روتور از الگوریتم جستجو مستقیم استفاده میشود.

Optimal PoleShaping in SurfaceMounted PM Machines using Analytical Modeling: Cogging Torque and Flux Density Harmonics

An analytical model for prediction of air gap flux density and cogging torque in slotted Surface PM (SPM) machines have been presented. Cogging torque has been calculated by integrating the Maxwell stress tensor inside the air gap. Two different magnetization patterns (radial and para llel) have been considered and their results have been compared with each other.  The obtained model has been verified with Finite Element Analysis (FEA). Using the proposed model, the cogging torque and loworder harmonics of the magnetic flux density have been optimized. The cogging torque and airgap flux density THD are very sensitive to the poleshaping, thus changing the poleshaping optimization can be obtained. Three methods (optimal polearc , magnet poleshifting and mixed materials) have been used to design poleshaping in SPM machines. A weighted normalizing method has been applied with direct search method to find the optimum solution. Finally, the validity of the proposed model and the obtained results has been verified with FEA .