طراحی بهبودیافته ماشین سنکرون مغناطیس دایم شارمحوری با استفاده از الگوریتم PSO
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترمحمدرضا عليزاده پهلواني 1 * , یوسف شهبازی آیت 2 , ابوالفضل واحدی 3
1 - دانشگاه مالک اشتر
2 - دانشگاه صنعتی مالک اشتر
3 - دانشگاه علم و صنعت ايران
کلید واژه: طراحی بهبودیافته ماشین مغناطیس دایم ماشین شارمحور TORUS-NS,
چکیده مقاله :
این مقاله یک طراحی بهبودیافته از ماشین سنکرون مغناطیس دایم شارمحوری (AFPM) را با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) ارائه می‌دهد که در آن محدودیت‌های عملی لحاظ شده است. ابتدا روابط طراحی ارائه شده و یک نمونه ماشین AFPM با توان 20 کیلووات طراحی شده و سپس با استفاده از الگوریتم PSO چگالی توان خروجی بهبود یافته است. مقایسه‌ای میان ماشین بهبودیافته و یک نمونه ساخته‌شده صورت گرفته است. ماشین بهبودیافته دارای چگالی توان بیشتری نسبت به نمونه موجود ساخته‌شده می‌باشد. در ادامه تحقیق با استفاده از روش‌های تحلیلی بر اساس معادلات ماکسول چگالی شار مغناطیسی در ناحیه فاصله هوایی محاسبه شده که نتایج تحلیلی توافق بسیار خوبی با نتایج ناشی از نرم‌افزار المان محدود دارد و می‌توان با استفاده از این روش، چگالی شار مغناطیسی و نیروی محرکه القایی ماشین الکتریکی را در زمان بسیار کمتری نسبت به نرم‌افزار المان محدود محاسبه نمود.
paper present an improved design of Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) synchronous machines using PSO algorithm that consider practical limits. At first sizing equations is provided and 20 kW AFPM machine is designed, and then output power density is improved using PSO algorithm. A comparison between improved designed AFPM machine and a prototype constructed machine is performed. Improved machine has more output power density than constructed machine. Then magnetic flux density is calculated based on Maxwell equations analytically. Analytical results have good agreement with finite element method (FEM) results. Use of analytical method takes much less computational time than FEM dose.
[1] F. Giulii Capponi, G. De Donato, and F. Caricchi, "Recent advances in axial-flux permanent-magnet machine technology," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 48, no. 4, pp. 2190-2205, Nov./Dec. 2012.
[2] M. Aydin, S. Huang, and T. A. Lipo, "Axial flux permanent magnet disc machines: a review," in Proc. of International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, SPEEDAM, pp. 61-71, Jun. 2004.
[3] S. Huang, M. Aydin, and T. A. Lipo, "Comparison of (non-slotted and slotted) surface mounted PM motors and axial flux motors for submarine ship drives," in Proc. 3rd Naval Symp. on Electrical Machines, 10 pp., University of Wisconsin-Madison, 2000.
[4] J. F. Gieras, R. J. Wang, and M. Kamper, Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines, 2nd Edition, Springer Science + Business Media B.V, 2008.
[5] B. Mirzaeian, M. Moallem, V. Tahani, and C. Lucas, "Multiobjective optimization method based on a genetic algorithm for switched reluctance motor design," IEEE Trans. Magn., vol. 30, no. 3, pp. 1524-1527, May 2002.
[6] S. A. Gholamian, Optimum Design and Manufacturing of Axial Flux Permanent Magnet Motor for Electric Vehicle Application, Ph.D Dissertation, K. N. Toosi Univ. Technology, Tehran, Iran, Jan. 2008.
[7] S. Y. Jung, H. Jung, S. C. Hahn, H. K. Jung, and C. G. Lee, "Optimal design of direct-driven PM wind generator for maximum annual energy production," IEEE Trans. Magn., vol. 44, no. 6, pp. 1062-1065, Jun. 2008.
[8] S. Huang, J. Luo, F. Leonardi, and T. A. Lipo, "A comparison of power density for axial flux machines based on the general purpose sizing equation," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 14, no. 2, pp. 185-192, Jun. 1999.
[9] N. Rostami, M. R. Feyzi, J. Pyrhonen, A. Parviainen, and V. Behjat, "Genetic algorithm approach for improved design of a variable speed axial-flux permanent-magnet synchronous generator," IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 12, pp. 60-65, Dec. 2012.
[10] J. R. Bumby, R. Martin, M. A. Mueller, E. Spooner, N. L. Brown, and B. J. Chalmers, "Electromagnetic design of axial-flux permanent magnet machines," in Proc. Inst. Elect. Eng., Elect. Power App., vol. 151, no. 2, pp. 151-160, Mar. 2004.
[11] O. de la Barriere, S. Hlioui, H. Ben Ahmed, M. Gabsi, and M. LoBue, "3-D formal resolution of maxwell equations for the computation of the no-load flux in an axial flux permanent-magnet synchronous machine," IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 1, pp. 128-136, Jan. 2012.