This paper presents a wide-range speed control scheme of brushless DC (BLDC) motors based on a hall sensor with separated low- and normal-speed controllers. However, the use of the hall sensor signal is insufficient to detect motor speed in the low-speed region because of low sensor resolution and time delay. In the proposed method, a micro-stepping current control method according to the torque angle variation is presented. In this mode, the motor current frequency and rotating angle are determined by the reference speed without the actual speed fed by the hall sensor. The detected torque angle is used to adjust the current value in a limited band to control the current value in accordance with the load. The torque angle is detected exactly at the changing point of the hall sensor signal. The rotor can follow the rotating flux with the variable torque angle. In a normal speed range, the conventional vector control scheme is used to control the motor current with a PI speed controller using the hall sensor. The torque characteristics are analyzed on the basis of the back EMF and current shape. To adopt the vector control scheme, the continuous rotor position is estimated by the measured speed and hall sensor position. At the mode changing point between low and normal speed range, the proper initial current command and reference rotor position are calculated. The calculated current command can reduce the torque ripple during transient mode. The proposed method is simple but effective in extending the speed control range of a conventional BLDC motor with hall sensor without the need for a high-resolution encoder. The effectiveness of the proposed method is verified by various experiments on a practical BLDC motor.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.9
no.5
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pp.865-872
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2019
In this paper, we describe the Solar Car, Woongbi, which was created to participate in the World Solar Challenge(WSC) at the team NeulHaeRang of Korea National University of Transportation. The WSC is the world's largest solar car racing competition and has a separate automobile regulation and must be manufactured to meet the regulations. Therefore, the key point of the solar car design is to optimize the energy efficiency based on the regulations. The solar car's drive system consists of a solar array to convert solar energy into electric energy, a maximum power point tracker (MPPT) controller to track the converted electric energy to maximum output power, a battery to store the produced electric energy, a BLDC (Brushless DC) motor for driving the vehicle by converting energy into mechanical energy, and a motor controller for controlling the BLDC. The optimal design methods for solar energy conversion and electric driving system of battery, motor are presented in this paper.
Kim, Young-Kyoun;Lee, Jeong-Jong;Nam, Hyuk;Hong, Jung-Pyo;Jin, Young-Woo;Hur, Yoon
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.8
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pp.368-372
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2003
This paper deals with the cogging torque analysis of a BLDC Motor, which has the axial displacement of its rotor. In order to improve the torque performance of the BLDC motor, Brushless motor is commonly designed to minimize its cogging torque. Therefore, a skewed model is used to reduce the cogging torque. However, even though the rotor or stator is skewed, the cogging torque could be increased by the axial displacement of the rotor, which occurs when the BLDC Motor is manufactured. Therefore, this paper investigates the effect of the axial displacement of the rotor on the cogging torque. In order to investigate the effect, an analysis method, which is 3D-EMCN in combination with 2D-FEM, is proposed to analyze the cogging torque of the BLDC motor with the axial displacement of its rotor, and the result of the analysis is verified by comparison with the experimental result.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.9
no.2
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pp.112-118
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2004
Recently, development of rare earth permanent magnet with the high remanence, high coercivity allows the design of brushless motors with very high efficiency over a wide speed range. Cogging torque is produced in a permanent magnet by magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnet and the stator teeth. It is an undesired effect that contributes to output ripple, vibration, and noise of machine. This cogging torque can be reduced by variation of magnet arc length, airgap length, magnet thickness, shifting the magnetic pole and varying the radial shoe depth and etc. In this paper, some airgap length and magnet arc that reduce cogging torque are found by finite element method(FEM) and Maxwell stress tensor method. The SPM(Surface Permanent Magnet) type of high-power Brushless DC (BLDC) motor is optimized as a sample model.
In this paper, a buck DC-DC bridge converter is used as a power factor correction (PFC) converter for feeding a voltage source inverter (VSI) based permanent magnet brushless DC motor (PMBLDCM) drive. The front end of the PFC converter is a diode bridge rectifier (DBR) fed from single phase AC mains. The PMBLDCM is used to drive the compressor of an air conditioner through a three-phase voltage source inverter (VSI) fed from a variable voltage DC link. The speed of the air conditioner is controlled to conserve energy using a new concept of voltage control at a DC link proportional to the desired speed of the PMBLDC motor. Therefore, VSI operates only as an electronic commutator of the PMBLDCM. The current of the PMBLDCM is controlled by setting the reference voltage at the DC link as a ramp. The proposed PMBLDCM drive with voltage control-based PFC converter was designed and modeled. The performance is simulated in Matlab-Simulink environment for an air conditioner compressor load driven through a 3.75 kW, 1500 rpm PMBLDC motor. To validate the effectiveness of the proposed speed control scheme, the evaluation results demonstrate improved efficiency of the complete drive with the PFC feature in a wide range of speed and input AC voltage.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.10
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pp.1065-1072
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2008
A HDD adopts a sensorless brushless DC (BLDC) motor as a spindle motor. Because there is no direct sensor measuring rotor position. open loop commutations with inductive sensing are used to increase the rotor speed up to a certain speed where the zero crossings of the back electromotive force (EMF) voltage are measurable. Therefore, successful open loop commutations are necessary for the stable start-up control of the spindle motors. In this paper, the time scale and the number of the open loop commutations are employed for design parameters to guarantee robustness to torque constant variation and initial rotor position. The design results are verified by experiments on a very low current start-up of the spindle motor with various environment. The experimental results show that the design results can decrease the start-up failure rate considerably.
This paper describes the development of a software that has the man expert knowledge, experience and inference. This software is helpful for selecting the motors and driving systems which are best fit for the applications. Developed software can automatically select the most reasonable motor driving systems, only if a semi-skilled engineer inputs the performance criteria for the applications and mechanical data. Expert system inference engine and knowledge-base are implemented by C programming language. Data-base was implemented from manufacturer's catalogues for DC motors and brushless DC motors. Efficiencies of the various motor driving systems are compared reference on the average efficiency depends on the operating profiles. Developed expert system was tested in various of applications to verify the reliability, quick and easy selecting of the motor driving systems.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.2
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pp.105-111
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2009
The powers used in the motor drive system are mostly DC sources like batteries. Even AC powers in some systems are generated from DC sources by the inverter. It is can be forecasted that the DC-link communications will be widely used in various industrial fields. In this paper a novel BLDC motor drive system using DC-link communications is proposed. The characteristic of this system Is that the communication only needs 2 DC lines. There are not additional lines to translate the reference signals. And the reliability o3 the system is ensured especially under some terrible circumstances. The number of lines can be minimized when the DC-link communication method is applied in the multi motor control system and the slip ring design also can be simplified when this method is applied in rotation machines. The proposed motor system is clarified by the PSIM and MATLAB simulations and tested through the hardware prototype.
In recent years for propulsion of cooling fan in cars are more used electrical motors than the engine direct coupled type. But the electrical motor which is now used has the brush and the commutator. Because of the brush and the commutator the electrical motor has short life time, low efficiency and mechanical- electrical noise. Therefore it is tried to develope brushless dc motor. The motor is located in the hot air from the radiator. The motor temperature increases high and the increasing of the motor temperature rolls big in its character. The cooling fan motor has relative small in size and input voltage is low. For 300 w output power must be the current of the motor high which causes high copper loss. In this paper will be tested and analysed characteristics of a dc motor which is now used for cooling fan and a BLDC motor will be designed with same character of the brushed motor and with considering of improvement of the efficiency. After design the motor should be analysed and tested.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.704-711
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2023
This paper discusses the control method of BLDC(Brushless Direct Current) motor that has similar electrical characteristics with DC motor but has improved its lifespan and reliability. The BLDC motor can improve durability and speed stability by using rotor position information to eliminate commutators that require mechanical contact with DC motors. In this study, a controller for a DC motor was designed based on the fact that the current in the windings of a BLDC motor is a square-wave current like the current flowing in the armature of a DC motor. Next, the designed controller was applied to a 3-phase BLDC motor to confirm the effectiveness of the controller. In detail, a single-phase DC motor with electrical parameter values of a three-phase BLDC motor was modeled and a PI controller for motor speed control was designed by applying the root locus method to the derived system. The speed control simulation of the DC motor was performed to confirm the validity of the controller, and the same controller was applied to the speed control of the 3-phase BLDC motor implemented in MATLAB. From the simulation, similar results of the DC motor were obtained in the 3 phase BLDC motor and confirmed the usefulness of the proposed control scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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