Algorithm for the structure optimization of the permanent magnet brushless DC motor employing the finite element method

W artykule przedstawiono koncepcję algorytmu optymalizacji wybranych parametrów obwodu magnetycznego bezszczotkowego silnika prądu stałego z zewnętrznym wirnikiem. Na podstawie algorytmu opracowano oprogramowanie w środowisku programistycznym Delphi. Oprogramowanie składa się z dwóch modułów: modułu do polowej symulacji zjawisk występujących w silnikach BLDC oraz programu optymalizacyjnego. Model matematyczny silnika zawiera równania pola elektromagnetycznego z uwzględnieniem nieliniowości materiałów ferromagnetycznych. Równania modelu maszyny sformułowano w oparciu o metodę elementów skończonych. Optymalizację parametrów silnika przeprowadzono przy użyciu algorytmu genetycznego. Rozpatrzono zadanie optymalizacji w którym, dla przyjętej stałej średnicy zewnętrznej stojana, zewnętrznego wirnika oraz długości pakietu maszyny optymalizowano obszar magnesów trwałych. Przedstawiono i omówiono wybrane wyniki obliczeń symulacyjnych i optymalizacyjnych.In the paper an idea of an algorithm and computer code for the structure optimization of the outer rotor permanent magnet brushless DC motor is presented. The software consists of two modules: a numerical model of the BLDC motor and an optimization solver. The mathematical model of the device includes the electromagnetic field equations with the nonlinearity of the magnetic core has been taken into account. The numerical implementation is based on the finite element method. For the optimization the genetic algorithm has been applied. The computer code has been elaborated using the Delphi environment. Selected results of the calculation and optimization are presented and discussed