طراحی بهینه یک موتور سنکرون مغناطیس دائم سه فاز جهت کاربرد در سامانه های فضائی

موتورهای الکترکی بعنوان سیستم محرکه اصلی صنایع از تجهیزات مورد استفاده در لوازم خانگی گرفته تا صنایع پیشرفته نظیر هوافضا (از جمله موشک، هواپیمای بدون سرنشین، جت، ربات ها و ....)، همواره در حال تغییر و تحول هستند. طراحی هر نوع ماشین الکتریکی با هدف خاصی صورت گرفته و در نهایت طراح به دنبال این است تا نتایج حاصل طراحی جوابگوی نیاز مورد نظر بوده و از نظر مشخصه های خروجی و راندمان بهینه باشد. از بین انواع مختلف موتورهای الکتریکی، موتور سنکرون مغناطیس دائم (pmsm) بخاطر داشتن مزایایی از قبیل: ساختار ساده، هزینه تولید پایین، فشردگی و چگالی شار بالا، تلفات کم و عملکرد خوب سیستم درایو در بسیاری از کاربرد های صنعتی، نیرو محرکه زیر دریایی، ماشین های cnc، رباتیک و سیستم های تولید اتوماتیک در صنعت استفاده می شوند. از سوی دیگر، می توان سرعت موتور سنکرون را از طریق تغییر فرکانس میدان مغناطیسی دوار که سرعت سنکرون نامیده می شود کنترل نمود. در دهه های اخیر تلاش های زیادی توسط محققین جهت دستیابی به روش مناسب جهت بهینه سازی انواع ماشین های الکتریکی صورت پذیرفته است که منجر به ابداع روش هایی همچون الگوریتم زنبور، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم اجتماع ذرات و.... شده است. همچنین از مدل سازی به روش اجزاء محدود به عنوان یک مدل ریاضی بجای ساخت یک نمونه واقعی که از لحاظ هزینه ارزانتر و زمان کمتری می برد استفاده می شود. روش اجزاء محدود علی رغم حجم محاسباتی زیاد، از دقت بالاتری برخوردار می باشد. این روش از معادلات میدان جهت مدل سازی سیستم های فیزیکی استفاده می کند. در این پایان نامه به تحلیل و طراحی بهینه موتور سنکرون سه فاز مغناطیس دائم جهت کاربرد در سامانه های فضائی پرداخته می شود. در ابتدا مشخصات مربوط به موتورهای مورد کاربرد در صنایع هوافضا مورد بررسی قرار گرفته و سپس روابط مربوط به طراحی مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت و موتور موردنظر توسط الگوریتم زنبور بهینه می گردد تا کمترین حجم و همچنین بیشترین بازده و چگالی توان را داشته باشد. به عبارتی با بهینه کردن ابعاد ماشین (از جمله قطر استاتور، طول آهنربا، قطر روتور، طول شکاف هوایی و ....) و در نظر گرفتن محدودیت های سیم پیچی، نسبت به افزایش راندامان و کاهش وزن اقدام می شود. همچنین مدل سازی دقیق خواص حرارتی یک موتور الکتریکی نیز کاملا به ابعاد موتور حساس است. پس از بهینه سازی، توسط تحلیل اجزای محدود (fea)، به بررسی جنبه های تحلیل مغناطیسی و حرارتی موتور پرداخته می شود. در نهایت مقایسه بین نتایج به دست آمده از تحلیل اجزای محدود با الگوریتم های بهینه سازی کارائی روش ارائه شده را تائید می نماید.