تنظيم بهينه پارامترهاي هندسي موتور دي سي بدون جاروبك با استفاده از الگوريتم جستجوي ابر كره اي جهت كاهش همزمان تلفات، حجم و هزينه

Optimal design of brushless DC motro using hyper sphere search algorithm to reduce the volume, cost and power loss

موتورهاي دي¬سي بدون جاروبك به دليل داشتن مزايايي همچون نويز پائين، بازدهي بالا، عمر مفيد طولاني¬تر و كنترل دقيق¬تر سرعت بطور گسترده در كابردهاي حساس مانند صنايع فضايي، زيردريايي ها، ديسك درايو كامپيوترها و تجهيزات پزشكي مورد استفاده قرار مي گيرند. با توجه به اهميت بالاي بازدهي موتور، حجم موتور و هزينه ساخت موتور براي موارد بالا، در اين مطالعه يك روش جديد براساس الگوريتم جستجوي ابر¬كره¬اي جهت طراحي بهينه موتور دي¬سي بدون جاروبك پيشنهاد شده است. هدف روش پيشنهادي، طراحي موتور به نحوي است كه ميزان تلفات، حجم و هزينه بطور همزمان به حداقل برسد. روش پيشنهادي از دو بخش اساسي تشكيل شده است. در بخش اول، مشخصات موتور مانند تلفات، توان، بازدهي وساير موارد براساس پارامترهاي هندسي آن بيان شده اند. در بخش دوم، تابع هدف تعريف شده و الگوريتم جستجوي ابر¬كره¬اي جهت تعيين مقدار بهينه پارامترهاي هندسي بكار گرفته خواهد شد. الگوريتم جستجوي ابر¬كره¬اي بايد پارامترهاي هندسي را طوري تعيين كند كه مقدار تلفات، حجم و هزينه به حداقل مقدار ممكن برسد. به منظور ارزيابي روش پيشنهادي از مدل يك موتور دي¬سي بدون جاروبك واقعي استفاده شده است. نتايج شبيه سازي ها نشان داده كه روش پيشنهادي از عملكرد بسيار خوبي برخوردار است.

In this paper a new method based on evolutionary algorithms is proposed for optimal design of a slotless permanent magnet brushless DC (BLDC) motor with surface mounted magnets. The BLDC motor is the ideal choice for applications that require high reliability, high efficiency, and high power-to-volume ratio. The BLDC motors are widely used in sensitive applications such as medical instruments, space crafts and submarines. In these applications having high efficiency, minimum volume and cost are very important. So in this paper the objective function of design is presented considering efficiency, volume and cost simultaneously. Hyper sphere search algorithm is one of the newest evolutionary algorithms that its capabilities in solving complicated optimization problems have been proved. The Hyper sphere search algorithmalgorithm must find the optimal value of geometric parameter of motor including number of pole pairs, cross sectional area of wire, pole–arc per pole–pitch ratio, magnet thickness, stator/rotor core thickness, winding thickness, mechanical air gap, rotor radius, current density, wire gauge and stator/rotor axial length to minimize the power losses, volume and cost. The simulation results show that the proposed method has excellent performance in slotless permanent magnet BLDC design.