[논문]A Shape Optimization of Universal Motor using FEM and Evolution Strategy

Shin, Pan-Seok

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Shin, Pan-Seok (Electrical Engineering Department of Hongik University)

This paper proposes an optimized universal motor for improving its performance using the finite element method (FEM) with the (1＋1) Evolution Strategy (ES) algorithm. To do this, various design parameters are modified, such as air gap length, shape of motor slot, pole shoe, pole width, and rotor shaft diameter. Two parameters (arc length of stator pole and thickness of pole shoe) are chosen and optimized using the program, and the optimized model is built and tested with a performance measuring system. The measured values of the model are compared with those of the initial and the optimized model to prove the algorithm. As a result, the final model improves its performance compared with those of the initial model.

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가설 설정

In this paper, the universal motor is designed to get the maximum torque and the minimum core volume profile. To do this, various design parameters are set, such as air gap length, stator yoke length, slot tip height, pole width, and so on.

제안 방법

Then FEM simulation and the (1+1) evolution strategy are used to obtain the optimal dimension of the core of the motor [2, 3]. After the optimized model is found by the program, the universal motor was built and tested with a performance measuring system. The measured values of the model are compared with those of the initial and the optimized model to prove the algorithm.
Otherwise, the procedure goes back to the reproduction step. In this paper, the shape optimization of the stator pole is performed by the experimental functions and the (1+1) ES algorithm. Experimental functions are used for calculating torque and the total optimization procedures with the (1+1) ES algorithm.
The increased airgap length and the enlarged window area will improve the rotor manufacturing process of rotor as well as enhance me chanical safety. The optimized model is built and tested with the performance measuring system. The measured values of the model are compared with those of the initial and the optimized model to prove the algorithm.
This paper proposes a parameter optimization method using the (1+1) ES algorithm and FEM to obtain the maximum torque and the minimum core volume profile of the universal motor.
To improve the performance of the motor, its parameters are modified and the current-torque characteristic is calculated. If the modification improves the performance, then it is chosen as an optimal point.

대상 데이터

The optimized motor was built and tested with the MAGTROL, DSP6000, Power analyzer 5100, Dynamometer-700, 2N experimental setup shown in Fig. 15. The measured values for current, voltage, torque, power, and efficiency of the optimized motor compared well with the computed values.

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