Разработка, оптимизация и создание прототипа энергоэффективного тягового привода электромобиля на базе синхронного двигателя с ферритовыми магнитами

Рабочие характеристики, необходимые для электродвигателей, включают высокий КПД, высокий крутящий момент, мощность на единицу объема, хороший динамический отклик, простую конструкцию и высокую надежность. Достижение этих высоких требований к силовым установкам электромобилей основано на использовании различных конструкций и материалов. Для высокоэффективного электромобиля требуются соответствующие характеристики тягового двигателя, отвечающие требованиям моментно-скоростной характеристики. На основе параметрического анализа размеров паза статора и ротора будет изучено их влияние на крутящий момент, КПД и коэффициент мощности. Мощность на единицу объема и крутящий момент будут выбраны в качестве критериев оптимизации с равными весами, присвоенными каждой из них. Генетический алгоритм и другие методы оптимизации будут изучены для оптимизации целевой функции. Современные тяговые электродвигатели для электромобилей используют постоянные магниты из редкоземельных элементов, в то же время существует необходимость разработки различных вариантов электродвигателей, не содержащих редкоземельные элементы, для снижения их стоимости и улучшения рабочих характеристик. Обзор научно-технической литературы в этой области, показывает растущий интерес производителей электромобилей к данным типам электродвигателей из-за высокой стоимости и проблем с поставками редкоземельных постоянных магнитов. Результаты исследований показывают, что электродвигатели, не содержащие редкоземельные элементы, могут достигать аналогичных характеристик по сравнению с современными электродвигателями на основе редкоземельных элементов. Кроме того данные электродвигатели имеют более низкую стоимость, лучшую надежность, более высокие рабочие температуры, отсутствует проблема размагничивания, более широкий диапазон постоянной мощности, что является важной характеристикой для транспортных средств. Планируется проектирование и изготовление экспериментального образца тягового синхронного электродвигателя с встроенными в ротор ферритовыми магнитами. Для достижения лучших рабочих характеристик предлагается использовать топологическую оптимизацию. Топологическая оптимизация исследует оптимальное распределение одного или нескольких материалов в пределах определенного проектного пространства. По сравнению с обычными методами оптимизации формы, он предлагает дополнительную гибкость в оптимизации геометрии магнитных компонентов для достижения желаемых характеристик. Таким образом, топологическая оптимизация может давать уникальные формы, которые обычно невозможно реализовать с помощью обычного подхода к оптимизации конструктивных параметров.