ΕΥΡΩΣΤΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΜΟΝΙΜΩΝ ΜΑΓΝΗΤΩΝ ΓΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΟΧΗΜΑ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί την προσαρμογή του σχεδιασμού ενός ηλεκτρικού κινητήρα μονίμων μαγνητών, που έχει ήδη σχεδιαστεί για εφαρμογή σε συγκεκριμένο ηλεκτρικό όχημα, προκειμένου να επικαιροποιηθεί η μελέτη στα νέα δεδομένα, που έχουν προκύψει για το όχημα, να ελαχιστοποιηθούν οι επιπτώσεις των ενδεχομένων ατελειών της κατασκευής και να μελετηθεί η ευρωστία υπό αντίξοες συνθήκες. Αρχικά, αναλύονται τα επί μέρους υποσυστήματα του κινητήρα, οι ιδιότητες των υλικών κατασκευής του, τα κριτήρια επιλογής υλικών και οι διάφορες πιθανές διαμορφώσεις. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στους μόνιμους μαγνήτες, οι οποίοι θα μελετηθούν εκτενώς στη συνέχεια. Θεμελιώνεται το ισοδύναμο κύκλωμα σε πλαίσιο δύο αξόνων dq, και γίνεται μια ανάλυση αυτού του κυκλώματος, ώστε να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα για τον έλεγχο και τα όρια λειτουργίας του κινητήρα. Επίσης, περιγράφονται οι αρχές βελτιστοποίησης και εύρωστου σχεδιασμού. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η προκαταρκτική διερεύνηση ευρωστίας του σχεδιασμού της μηχανής και τα αποτελέσματα που προέκυψαν. Προτείνονται κατάλληλες τροποποιήσεις, που περιορίζουν την επίπτωση των κατασκευαστικών ανοχών ή απλοποιούν την κατασκευαστική διαδικασία. Επίσης, προσδιορίζονται τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά που θα εξεταστούν περαιτέρω και εξετάζεται ο τρόπος που αυτά επηρεάζουν τη λειτουργία της μηχανής. Σε επόμενο στάδιο, γίνεται η ανάλυση της μηχανής, με χρήση αλγορίθμων ανάλυσης γεωμετρίας. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν, εισάγονται σε προσομοίωση του κύκλου φόρτισης. Προτείνεται μεθοδολογία αξιολόγησης κινητήρων για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα, με κριτήρια την επίδοση, την απόδοση, τη μάζα και την ποιότητα ισχύος και χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση των διαφόρων κινητήρων που εξετάζονται και την επιλογή του βέλτιστου κινητήρα. Ακολουθεί ανάλυση ευαισθησίας σε σφάλματα μονίμων μαγνητών. Μελετάται η επίδραση των μεταβολών θερμοκρασίας, καθώς και η επίδραση της ανακριβούς τοποθέτησης των μαγνητών, για δύο διαφορετικά υλικά μαγνήτη. Τελικά, επιλέγεται το υλικό που εμφανίζει τη βέλτιστη τιμή αντικειμενικής συνάρτησης, ακόμα και στις πιο αντίξοες συνθήκες.

Τέλος, συγκεντρώνονται τα αποτελέσματα, καθώς και τα κύρια συμπεράσματα της εργασίας. Για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά Matlab, Simulink και FEMM.