Метод комплексной топологической оптимизации ротора синхронного электрического двигателя с постоянными магнитами

Объект исследования: синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ). Цель работы: повышение энергоэффективности синхронного двигателя путем увеличения вращающего момента с учетом ограничений на объем постоянных магнитов, максимально допустимую температуру статора СДПМ и механических напряжений в роторе СДПМ. Методы исследования: методы теоретической электротехники и теплотехники, компьютерного моделирования электрических двигателей, оптимизационных решений. Полученные результаты и их новизна:1) Разработан алгоритм изменения геометрической модели СДПМ для повышения скорости проектирования, включающий в себя упрощение формы пазов, приведение модели к отдельному сектору двигателя и минимизацию размера сетки для метода конечных элементов. 2) Разработаны алгоритм и метод комплексной топологической оптимизации конструкции ротора СДПМ для оценки возможности повышения вращающего момента и снижения объема постоянных магнитов, а также распределения материалов в роторе при достижении максимального вращающего момента с учетом электромагнитных, тепловых процессов и определения прочностных характеристик. 3) Разработана программа, реализующая метод комплексной топологической оптимизации ротора СДПМ, перебор вариантов расположения материалов в теле ротора реализован на основе генетического алгоритма с цикличной проверкой тепловых и прочностных параметров. Степень внедрения и эффективность: 1) При разработке алгоритмов и методик комплексной топологической оптимизации роторов синхронных электрических машин с постоянными магнитами по гранту Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) № 19-37-90134, 2019-2021 г. 2) в процессе проектирования СДПМ энергетической компанией ООО «ЭнергоГазСервис». Результаты работы позволяют повысить энергоэффективность и качество проектирования синхронных двигателей с постоянными магнитами. Область применения: в электроприводах различных механизмов, робототехнике.