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  Daimler построит крупнейшее в мире хранилище энергии из отработанных батарей электромобилей

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».

Видео: робот-хирург Да Винчи зашивает виноградину ... Хирургический робот Да Винчи (da Vinci Surgical System) пришил обратно снятую с винограда кожицу с помощью медицинской иглы и нити. Целью снятого виде...
Созданы «деревья», генерирующие энергию из вибраци... Новые устройства для преобразования энергии ветра в ближайшее время могут перестать походить на гигантские ветряные мельницы: скорее они будут больше...
Энергохранилища для ВИЭ из подводных шаров с возду... Канадская компания Hydrostor предлагает инновационный способ сохранения возобновляемой энергии, в котором используется сжатый воздух, сохраняемый в п...
3D принтер напечатает стальной мост в Амстердаме... Heijmans, инновационная конструкторская компания, дизайнеры которой принимали участие в создании «умного» шоссе (Smart Highways) и мерцающих в темнот...

Сохрани, чтобы не потерять