Enfoque de Optimización de Diseño de un Actuador de Imán Permanente Multifásico de Rotor Externo para Aplicaciones de Vehículos Aéreos Multirrotor
Autores: Chahba, Saad; Krebs, Guillaume; Morel, Cristina; Sehab, Rabia; Akrad, Ahmad
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Enfoque de Optimización de Diseño de un Actuador de Imán Permanente Multifásico de Rotor Externo para Aplicaciones de Vehículos Aéreos Multirrotor
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Movilidad aérea urbana eléctrica
Sistemas de actuadores
Vehículos aéreos
Optimización de diseño
Tolerante a fallos
Imanes permanentes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
El sector de la movilidad aérea urbana eléctrica ha ganado una atracción significativa en los debates públicos, particularmente con la proliferación de anuncios que demuestran nuevos vehículos aéreos y la infraestructura que los acompaña. En este contexto, el desarrollo de nuevas metodologías para el diseño y dimensionamiento de sistemas de actuación, asegurando un alto rendimiento de estos vehículos aéreos, sigue siendo una tarea importante en este proceso. Esto permitirá una mejor integración dentro de este sector de transporte. En este documento, se propone un enfoque de optimización de diseño robusto de imanes permanentes (PM) de rotor exterior (OR) tolerantes a fallos (FT) para aplicaciones de vehículos aéreos multirrotor. Con el fin de mostrar la efectividad y robustez de la metodología de diseño propuesta, se consideran como variables el número de fases de bobinado del estator, con una configuración de bobinado concentrado de ranura fraccionada (FSCW), así como la configuración de los PM. Así, se consideran cuatro casos para el número de fases, a saber, 3, 5, 6 y 7 fases, donde para cada caso de número de fases, los PM tienen 3 configuraciones, a saber, PM de superficie, PM en forma de V interior y PM de radios interiores. Primero, se lleva a cabo un paso de pre-dimensionamiento, que consiste en seleccionar las combinaciones óptimas de ranura/polo, diseñar el diseño de FSCW multiphase y estimar la geometría del motor eléctrico (EM) utilizando cálculos analíticos para obtener una validación preliminar de las especificaciones de diseño. En segundo lugar, se considera la optimización multiobjetivo restringida para optimizar el rendimiento del EM, como la eficiencia del motor y el peso, bajo restricciones donde se utiliza la herramienta de Análisis de Elementos Finitos (FEA) basada en FEMM/Matlab para realizar esta optimización. Finalmente, se lleva a cabo un análisis de resultados y comparaciones de rendimiento de diferentes configuraciones de EM para evaluar los parámetros de diseño, como el número de fases, la posición de los PM y las corrientes armónicas en el diseño del EM y, en consecuencia, seleccionar la mejor configuración para la aplicación considerada.
Descripción
El sector de la movilidad aérea urbana eléctrica ha ganado una atracción significativa en los debates públicos, particularmente con la proliferación de anuncios que demuestran nuevos vehículos aéreos y la infraestructura que los acompaña. En este contexto, el desarrollo de nuevas metodologías para el diseño y dimensionamiento de sistemas de actuación, asegurando un alto rendimiento de estos vehículos aéreos, sigue siendo una tarea importante en este proceso. Esto permitirá una mejor integración dentro de este sector de transporte. En este documento, se propone un enfoque de optimización de diseño robusto de imanes permanentes (PM) de rotor exterior (OR) tolerantes a fallos (FT) para aplicaciones de vehículos aéreos multirrotor. Con el fin de mostrar la efectividad y robustez de la metodología de diseño propuesta, se consideran como variables el número de fases de bobinado del estator, con una configuración de bobinado concentrado de ranura fraccionada (FSCW), así como la configuración de los PM. Así, se consideran cuatro casos para el número de fases, a saber, 3, 5, 6 y 7 fases, donde para cada caso de número de fases, los PM tienen 3 configuraciones, a saber, PM de superficie, PM en forma de V interior y PM de radios interiores. Primero, se lleva a cabo un paso de pre-dimensionamiento, que consiste en seleccionar las combinaciones óptimas de ranura/polo, diseñar el diseño de FSCW multiphase y estimar la geometría del motor eléctrico (EM) utilizando cálculos analíticos para obtener una validación preliminar de las especificaciones de diseño. En segundo lugar, se considera la optimización multiobjetivo restringida para optimizar el rendimiento del EM, como la eficiencia del motor y el peso, bajo restricciones donde se utiliza la herramienta de Análisis de Elementos Finitos (FEA) basada en FEMM/Matlab para realizar esta optimización. Finalmente, se lleva a cabo un análisis de resultados y comparaciones de rendimiento de diferentes configuraciones de EM para evaluar los parámetros de diseño, como el número de fases, la posición de los PM y las corrientes armónicas en el diseño del EM y, en consecuencia, seleccionar la mejor configuración para la aplicación considerada.