Ηλεκτρομαγνητική Σχεδίαση και Βελτιστοποίηση Μηχανής Μόνιμων Μαγνητών για Εφαρμογή σε Ηλεκτρικό ΄Οχημα

Abstract

Η παρούσα διπλωματική πραγματεύεται την βελτιστοποίηση ενός σύγχρονου κινητήρα μονίμων μαγνητών (PMSM), με στόχο την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης, τη μείωση του κόστους κατασκευής και τον περιορισμό της απομαγνήτισης των μαγνητών σε περιπτώσεις σε περιπτώσεις σφάλματος. Το προτεινόμενο μοντέλο αξιοποιεί την τεχνολογία τυλιγμάτων τύπου φουρκέτας (hairpin windings) αντί των κλασικών διανεμημένων τυλιγμάτων, προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη ασφάλεια και ευκολία κατασκευής. Αρχικά παρουσιάζεται μια σύντομη επισκόπηση των υφιστάμενων τεχνολογιών τυλιγμάτων και δρομέα, καθώς και τα κριτήρια επιλογής των δύο υποψήφιων τοπολογιών ρότορα: Μονού- V (Single-V) και διπλού V (Double-V). Η επιλογή βασίζεται στη μεταξύ τους σύγκριση ως προς τη ροπή, τις απώλειες, την ευστάθεια σε φαινόμενα απομαγνήτισης και το κόστος. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει την ανάπτυξη παραμετρικού μοντέλου σε MATLAB για τη γεωμετρική διαμόρφωση και τον υπολογισμό ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών, σε συν δυασμό με αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων μέσω FEMM. Πραγματοποιείται χαρ τογράφηση ροπής, ροής και απωλειών, καθώς και υπολογισμός σημείων λειτουργίας μέγιστης απόδοσης. Επιπλέον, εφαρμόζεται μοντέλο εκθετικής απομαγνήτισης, βασι σμένο σε δεδομένα της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων (Finite Element Analysis- FEA), με στόχο την ποσοτικοποίηση του κινδύνου απομαγνήτισης υπό διαφορετικές θερμικές και ηλεκτρικές συνθήκες. Ακολουθεί αξιολόγηση των δύο γεωμετριών ως προς την απόδοση, το ποσοστό α πομαγνήτισης και τη συνολική συμπεριφορά τους σε λειτουργία σε όχημα. Για την αξιολόγηση αυτή γίνεται ανάλυση ευαισθησίας σε βασικά χαρακτηριστικά της γεωμε τρίας της εκάστοτε γεωμετρίας τόσο στον στάτη όσο και στον δρομέα. Ο τελικός κινητήρας που επιλέγεται πληροί τα απαιτούμενα κριτήρια απόδοσης, ασφάλειας και βιομηχανικής εφαρμόγης. Η ανάλυση πραγματοποιείται αποκλειστικά μέσω εργαλείων MATLAB και FEMM