Βέλτιστος Σχεδιασμός Κινητήρα με Μόνιμους Μαγνήτες για Ηλεκτρικό Όχημα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί τη σχεδιομελέτη ενός κινητήρα μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης με υποβοήθηση μονίμων μαγνητών 5,9 kW – 3140 RPM για εφαρμογή σε ηλεκτρικό όχημα, τη σύγκριση με αντίστοιχο απλό κινητήρα μαγνητικής αντίστασης (χωρίς μόνιμους μαγνήτες), καθώς και τη βελτιστοποίηση της γεωμετρίας του. Πρωταρχικός στόχος της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός προσομοιωτικού μοντέλου ενός κινητήρα με γνώμονα τη ροπή, την κυμάτωσή της και το συντελεστή ισχύος, λαμβάνοντας υπόψιν την ελάχιστη δυνατή χρήση μονίμων μαγνητών. Συγκεκριμένα, η εργασία περιλαμβάνει τα εξής στάδια: την ανάπτυξη κατάλληλου μοντέλου προσομοίωσης, την ανάλυση της σχεδίασης ως προς τα βασικά της χαρακτηριστικά και τις προτάσεις για βελτιστοποίηση της γεωμετρίας. Αρχικά, μετά από μια σύντομη παρουσίαση των ηλεκτρικών μηχανών και των διαφόρων τύπων που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων, αναλύθηκαν οι αρχές λειτουργίας και η διερεύνηση των λειτουργικών χαρακτηριστικών τους. Εν συνεχεία, αναπτύχθηκε ένα παραμετρικό μοντέλο που αναπαριστά με ικανοποιητική ακρίβεια τα λειτουργικά χαρακτηριστικά μίας σύγχρονης μηχανής μαγνητικής αντίστασης μονίμων μαγνητών, όταν μεταβάλλονται τα κύρια γεωμετρικά χαρακτηριστικά της, τα οποία αποτελούν εισόδους του μοντέλου. Τέλος, χρησιμοποιήθηκε ένας γενετικός αλγόριθμος βελτιστοποίησης της γεωμετρίας, ως προς τις βασικές σχεδιαστικές παραμέτρους του δρομέα της μηχανής, με τον οποίο προέκυψε η βέλτιστη προτεινόμενη γεωμετρία και τα χαρακτηριστικά της. Στις προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό αριθμητικής ολοκλήρωσης διαφορικών εξισώσεων MATLAB σε συνδυασμό με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων FEMM.