Эффективность электромотора увеличена за счет нового метода оптимизации формы

Эффективность электромотора увеличена за счет нового метода оптимизации формы

Электромотор с ротором оптимизированной формы

В мире стремительно развивающихся технологий, успешная и экономичная конструкция автомобильных и промышленных компонентов имеет решающее значение. Оптимизация геометрии отдельных частей сложных машин повышает производительность и эффективность всего устройства в целом.

Для достижения этой цели, в автопромышленности и авиастроении часто полагаются на оптимизацию формы – метод, который использует моделирование для создания максимально простых и эффективных применяемых в производстве конструкций. «Более плавное вращение ротора может увеличить эффективность использования энергии двигателя и, в то же время, уменьшить нежелательные побочные явления, такие, как шум и вибрации», — говорит математик Ульрих Лангер (Ulrich Langer).

Профессор Университета Кеплера в Линце Ульрих Лангер, совместно с учеными-коллегами из Германии и Австрии, стали соавторами научной работы, опубликованной в журнале SIAM Journal on Scientific Computing, в которой раскрываются возможности улучшения производительности электродвигателей с помощью оптимизации формы. «Оптимальную геометрию мотора, которую ранее не возможно было даже представить, теперь можно определять», — говорит Лангер.

Результат оптимизации

Задачи оптимизации формы, как правило, решаются путем минимизации функции затрат – математической формулы, которая предсказывает потери в соответствии с процессом. Лагнер и его коллеги применили такой метод для внутреннего постоянного магнита (IPM) бесщеточного электродвигателя, варианты которого иногда используются в стиральных машинах, вентиляторах охлаждения компьютеров и др. Ротор двигателя содержит железный сердечник и постоянные магниты. И поскольку геометрия не всех компонентов ротора может быть изменена, авторы выделили субрегион в железном сердечнике ротора, форма которого может подвергаться оптимизации. В результате была разработана конструкция, которая позволяет получить более плавное и эффективное вращение.

Читайте также  Megarob: самый большой и точный робот в мире превратят в 3D-принтер

Предложенные учеными процедуры оптимизации вытекают из методов Лагранжа для приближения нелинейных задач, и демонстрируют эффективные и точные средства расчета производной формы от функции затрат. Этот простой и комплексный метод позволяет решать нелинейные дифференциальные уравнения с частными производными (PDE) и общими функциями затрат. В конечном счете, их оптимизационные процедуры способны показать 27-процентное снижение функции затрат IPM бесщеточных электродвигателей, что было продемонстрировано на конкретном примере научной работы.

Теперь, когда они эффективно использовали производную формы для оптимизации, исследователи надеются усовершенствовать свой метод с помощью дальнейших экспериментов. «В настоящее время мы работаем над созданием так называемой «топологической производной» для решения подобных нелинейных задач оптимизации, — говорит Питер Гангл, один из соавторов работы. — Эта величина указывает регионы, где локальное изменение материала будет приводить к уменьшению целевой функции».

Boeing тестирует систему хранения энергии на топли... После 16 месяцев разработки, компания Боинг поставила систему хранения энергии на топливных элементах для тестирования ВМС США. Устройство проходит и...
Химики усовершенствовали литий-ионные батареи, сде... Ученым химикам из Франции и России удалось создать соединение, которое позволит значительно увеличить емкость литий-ионных батарей и, одновременно, с...
Украинские ученые разработали устройство для беспр... Украинские изобретатели запатентовали устройство для беспроводной передачи энергии и нашли способ получать бесплатную энергию из воздуха, об этом гов...
Эффективность беспроводной передачи энергии может ... Ученые университета Карнеги-Мелоун (Carnegie Mellon University) совместно с коллегами унивеситета Северной Каролины ((North Carolina State University...

Сохрани, чтобы не потерять