Surrogacy-assisted back-emf optimization in PM-BLDC in-wheel motor for operation with delta connection

Delta connection of three-phase windings of brushless DC motors with the surface-mounted magnets contributes to rise of power loss due to the zero-sequence voltage induced by triplen (3, 9, 15, 21, …) harmonics of main flux. Partial control over this undesired effect can be accomplished by means of modification of winding distribution or an application of larger than normally angle of stack skew. This work attempts to reduce these harmonics by means of application of small skew angle along with the magnetic circuit design using a finite element model. The surrogacy-assisted two-objective genetic optimization of motor's magnetic circuit ensures small losses due to zero-sequence current and locates the motor efficiency at 91 per cent of that of basic motor configuration with phases connected in wye.

---

Skojarzenie pasm uzwojeń w trójfazowych silnikach bezszczotkowych wzbudzanych magnesami trwałymi w trójkąt skutkuje wzrostem strat wywołanych składową zerową siły elektromotorycznej rotacji indukowanej przez tzw. potrojone (3, 9, 15, 21, …) harmoniczne strumienia głównego. Redukcja tego zjawiska może być osiągnięta za pomocą odpowiedniego rozłożenia cewek lub zastosowania większego niż normalnie kąta skosu rdzenia. W niniejszej pracy analizowana jest także możliwość redukcji składowej zerowej prądu oraz zachowania wartości parametrów eksploatacyjnych maszyny metodą optymalizacji obwodu magnetycznego. Optymalizację przeprowadzono przy zastosowaniu wielokryterialnego algorytmu genetycznego oraz metamodelu utworzonego metodą Krigingu na podstawie obliczeń polowych. W wyniku optymalizacji uzyskano silnik o uzwojeniu skojarzonym w trójkąt, której sprawność jest mniejsza o 9 % od sprawności maszyny pracującej z uzwojeniem skojarzonym w gwiazdę.