Optimal Design of Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor for Electric Vehicle Applications Using GA and FEM

ماشين‌هاي شار محوري مغناطيس دايم به دليل ساختار فشرده، راندمان بالا، چگالي توان و گشتاور بالا گزينه بسيار مناسبي جهت استفاده در وسايل نقليه الكتريكي به شمار مي‌روند. دراين مقاله مشخصه‌هاي كلي در طراحي ماشين‌هاي شار محوري مغناطيس دايم ارايه مي شود. همچنين چگالي گشتاور كه به عنوان تابع هدف اصلي بهينه‌سازي انتخاب شده است، با استفاده از الگوريتم ژنتيك و تغييرات مشخصات آهن-ربا براساس معادلات طراحي و تحليل عناصر محدود بهبود مي يابد. سپس ريپل گشتاور موتور با در نظر گرفتن اثر تغييرات آهن ربا بر روي ضريب ريپل گشتاور، كاهش داده مي شود. علاوه بر اين كه چگالي گشتاور بهبود مي يابد و ريپل گشتاور كاهش داده مي-شود، شكل موج ولتاژ القايي توليدي در ماشين طراحي شده يك شكل موج سينوسي است. اين نتايج با استفاده از روش عناصر محدود سه بعدي اعتبارسنجي مي شوند. علاوه بر اين، به منظور ارزيابي نتايج به دست آمده از تحليل عناصر محدود و نشان دادن بهبود عملكرد در يك سيكل كاركرد نمونه، از يك نرم‌افزار شبيه‌ساز پيشرفته Advisor استفاده مي شود.

Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) machines are attractive candidates for Electric Vehicles (EVs) applications due to their axial compact structure, high efficiency, high power and torque density. This paper presents general design characteristics of AFPM machines. Moreover, torque density of the machine which is selected as main objective function, is enhanced by using Genetic Algorithm (GA) and variation of PM characteristics, based on sizing equation and Finite Element Analysis (FEA). Moreover, torque ripple of the motor is reduced according to the effect of PM characteristics on Torque Ripple Factor (TRF). The designed machine produces sinusoidal back-EMF waveform. The results show that torque density is improved and the torque ripple is reduced. These results are validated by using 3D-FEA. Furthermore, to assess the obtained results by FEA method, an advanced vehicle simulator (ADVISOR) software is used to demonstrate the performance improvement over the Europe test drive cycles.