Combination of the virtual magnet method and topology optimization and its effects on embedded permanent magnet synchronous machine

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war es zu zeigen, dass die Kombination der Virtual Magnet Meth ode und der Topology Optimierungsmethode für verschiedene geometrische Gegeben heiten zusammen angewendet werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass beide für 2D Geometrien wie Sextupol, Quadrupolmagnet, magnetische Kühlung und ein verein fachtes Motormodell, die alle Permanentmagnete verwenden, verwendet werden kön nen. Außerdem wurde der kombinierte Ansatz verwendet, um zu zeigen, dass er auch für komplexere Modelle funktioniert. So wurde er auf ein teilweise vorhandenes COMSOL Multiphysics Modell eines 2D Permanentmagnet Synchronmotors angewandt, wo er zur Auslegung eines eigens designten Rotors unter Verwendung des kombinierten Ansatzes verwendet wurde. Es wurden das Drehmoment und die Luftspaltflussdichte des Motors sowie deren Oberschwingungen analysiert. Es wurden vergleichbare Ergebnisse erzielt, verglichen mit dem ursprünglichen Modell eines eingebetteten Permanentmagnet Rotors. Dies eröffnet die Möglichkeit, diesen Ansatz für vielfältigere Analysen zur Optimierung von Permanentmagneten zu nutzen.

The aim of this thesis was to show that the combination of the Virtual Magnet Method and Topology Optimization Method can be applied together for different geometrical settings. It could be shown to use both for 2D geometries such as sextupole, quadrupole mag net, magnetic refrigeration and a simplified motor model, all using permanent magnets. Furthermore, the combined approach was used to demonstrate it works for more com plex models. So it was applied on a partly existing COMSOL Multiphysics model of a 2D permanent magnet synchronous motor model, where it was used to design an own rotor model by using the combined approach. The torque and air gap flux density of the motor was analyszed, as well as their harmonics. Comparable results were achieved, compared to the original existing model of an embedded permanent magnet rotor. In conclusion, this opens possibilities to use this approach for more diverse analysis for permanent magnet optimization.