A study of topology optimization methods for the design of electromagnetic devices

Topology optimization (TO) helps obtain new and innovative solutions to electromagnetic design and optimization problems without relying on the designer's past experience. The ability to use TO methods along with commercially available field solver software packages makes them a powerful and convenient tool for electromagnetic device design. However, the TO problem is known to be ill-posed and non-convex. Various methods have been discussed in the literature to efficiently overcome these problems and attain feasible solutions without spending excessive computational effort. Two popular methods of TO, the density method and the ON/OFF method are studied and implemented separately for the optimization of the core of an electromagnetic actuator. Tests with different excitation currents and starting points are carried out to better understand and verify the reported behaviour of these methods. Either of these two methods are suitable to be employed as the first stage subsystem for an automatic design software, as TO can easily be employed as a first step towards automatic design.L'optimisation topologique (TO) permet d'obtenir des solutions nouvelles et innovantes aux problèmes de conception et d'optimisation ́electromagnétique sans s'appuyer sur l'expérience passée du concepteur. La capacité d'utiliser les méthodes TO avec les logiciels de solveur de champ disponibles dans le commerce en fait un outil puissant et pratique pour la conception d'appareils électromagnétiques. Cependant, le problème du TO est connu pour être mal posé et non convexe. Diverses méthodes ont été discutées dans la littérature pour surmonter efficacement ces problèmes et atteindre des solutions réalisables sans dépenser trop d'efforts de calcul. Deux méthodes populaires de TO, la méthode de la densité et la méthode ON/OFF sont étudiées et mises en œuvre séparément pour l'optimisation du noyau d'un actionneur ́electromagnétique. Des tests avec différents courants d'excitation et points de départ sont effectués pour mieux comprendre et vérifier le comportement rapporté de ces méthodes. L'une ou l'autre de ces deux méthodes peut être utilisée comme sous-système de premier niveau pour un logiciel de conception automatique, car TO peut facilement être utilisé comme premier pas vers la conception automatique