Multi Objective Optimization in Electromagnetic Design of 
Permanent Magnet E-Motors

Ζαφειρούλη, Χρυσούλα; Zafeirouli, Chrysoula

dc.contributor.author	Ζαφειρούλη, Χρυσούλα	el
dc.contributor.author	Zafeirouli, Chrysoula	en
dc.date.accessioned	2026-03-13T09:42:55Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63979
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.31674
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση γεωμετρίας	el
dc.subject	Ροπή και κυμάτωση ροπής	el
dc.subject	Ασύμμετρη σχεδίαση δρομέα	el
dc.subject	Γενετικοί αλγόριθμοι	el
dc.subject	Geometry Optimization	en
dc.subject	Torque and Torque Ripple	en
dc.subject	Asymmetric Rotor Design	en
dc.subject	Genetic Algorithms	en
dc.subject	Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM)	en
dc.title	Multi Objective Optimization in Electromagnetic Design of Permanent Magnet E-Motors	en
dc.contributor.department	Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου, Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών & Εγκαταστάσεων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Πολυαντικειμενική Βελτιστοποίηση στον Ηλεκτρομαγνητικό Σχεδιασμό Κινητήρων Μόνιμου Μαγνήτη.	el
heal.classification	Ηλεκτρικές μηχανές	el
heal.classification	Μηχανολογία	el
heal.classification	Βελτιστοποίηση συστημάτων	el
heal.dateAvailable	2027-03-12T22:00:00Z
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-09-10
heal.abstract	Η βελτιστοποίηση των Σύγχρονων Κινητήρων Μόνιμου Μαγνήτη (PMSM) διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη βελτίωση της απόδοσης, των χαρακτηριστικών ροπής και της συνολικής λειτουργικότητας στις εφαρμογές ηλεκτρικών κινητήρων. Η παρούσα μελέτη εστιάζει στη βελτιστοποίηση πολλαπλών στόχων της γεωμετρίας των ελασμάτων του δρομέα, ενσωματώνοντας ασυμμετρίες και δομικές βελτιώσεις για την αναβάθμιση βασικών μετρικών απόδοσης όπως η ροπή, ο κυματισμός ροπής και οι απώλειες σιδήρου. Αναπτύχθηκε παραμετρικό μοντέλο για τον συστηματικό ορισμό της γεωμετρίας των ελασμάτων του δρομέα. Αναγνωρίστηκαν βασικές σχεδιαστικές παράμετροι, συμπεριλαμβανομένων της τοποθέτησης των concavities, της κατανομής των μαγνητών, του μεγέθους των concavities και των διαστάσεων των flux barriers. Για την αναζήτηση των βέλτιστων διαμορφώσεων εντός των κατασκευαστικών περιορισμών, εφαρμόστηκε γενετικός αλγόριθμος. Η διαδικασία βελτιστοποίησης πραγματοποιήθηκε σε διάφορα στάδια. Αρχικά, η γωνιακή τοποθέτηση των concavities του δρομέα βελτιστοποιήθηκε εισάγοντας δύο ανεξάρτητες παραμέτρους για τις αριστερές και δεξιές κοιλότητες. Αυτό επέτρεψε μεγαλύτερη ευελιξία στη ρύθμιση των μαγνητικών ιδιοτήτων του δρομέα. Στη συνέχεια, η κατανομή του μαγν ήτη προσαρμόστηκε συμμετρικά, διατηρώντας σταθερό τον συνολικό όγκο των μαγνητών, ώστε να εξασφαλιστεί δίκαιη σύγκριση των επιδόσεων. Η περαιτέρω βελτίωση περιλάμβανε την ασύμμετρη κλιμάκωση του μεγέθους των concavities, παρέχοντας επιπλέον δυνατότητες προσαρμογής στη γεωμετρία του δρομέα. Τέλος, οι διαστάσεις των flux barriers βελτιστοποιήθηκαν ώστε να βελτιωθεί η διαδρομή του μαγνητικού ρεύματος, διατηρώντας παράλληλα τη δομική ακεραιότητα. Όλες οι βελτιστοποιήσεις υπόκεινται σε κατασκευαστικούς περιορισμούς, διασφαλίζοντας ότι τα προτεινόμενα σχέδια είναι εφικτά για βιομηχανική παραγωγή. Τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης έδειξαν σημαντικές βελτιώσεις στην απόδοση του κινητήρα, με αξιοσημείωτη μείωση του κυματισμού ροπής και των απωλειών σιδήρου, διατηρώντας ή αυξάνοντας τη μέση ροπή. Οι καμπύλες σύγκλισης για κάθε βήμα της βελτιστοποίησης επιβεβαίωσαν την αξιοπιστία της μεθοδολογίας που εφαρμόστηκε. Η παρούσα έρευνα αναδεικνύει τα πλεονεκτήματα της ενσωμάτωσης ασυμμετρίας και προηγμένης παραμετρικής μοντελοποίησης στον σχεδιασμό των PMSM. Τα ευρήματα συμβάλλουν στην περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης των ηλεκτρικών κινητήρων και παρέχουν τη βάση για μελλοντική έρευνα σε γεωμετρίες επόμενης γενιάς των PMSM.	el
heal.abstract	The optimization of Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) plays a crucial role in enhancing efficiency, torque characteristics, and overall performance in electric motor applications. This study focuses on multi objective optimization for asymmetrical rotor lamella geometries with structural refinements so that an increase in the main performance indices like torque, ripple torque, and iron losses-can be allowed. The geometrical definition of the rotor's lamellas is systematically defined through a parametric model. Key design parameters were identified, including concavity positioning, magnet distribution, concavity size, and flux barrier dimensions. A genetic algorithm that explores the design space and delivers optimum configurations given manufacturing constraints has been implemented. The optimization process was carried out in several steps to improve the rotor's magnetic properties and overall performance. First, the angular positioning of the rotor concavities was adjusted using two independent parameters for the left and right sides, allowing greater flexibility in refining the magnetic characteristics. Next, the distribution of the magnet material was modified symmetrically to keep the magnet volume constant, ensuring fair comparisons in performance. Further refinement involved asymmetrically scaling the sizes of the concavities, which provided additional control over the rotor's geometry. Finally, the dimensions of the flux barriers were optimized to fine-tune the magnetic flux pathways while maintaining structural integrity. Howeve r, the details of the structural integrity analysis are not fully covered in this study. All these optimizations have taken into consideration manufacturing constraints such that the obtained designs would be feasible for industrial production. It has been indicated by the results of optimization that significant improvements have been achieved regarding motor performance: torque ripple and iron losses were considerably reduced while average torque remained or was even increased. For each optimization step, convergence plots confirm the robustness of the applied methodology. This research underlines the advantages of integrating asymmetry and advanced parametric modeling in PMSM design. These results are part of ongoing developments related to electric motor efficiency and form the base for further research into next-generation PMSM geometries.	en
heal.advisorName	Πουλακάκης, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Πουλακάκης, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Λιαροκάπης, Μηνάς
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	69
heal.fullTextAvailability	false