Park, Ju-Gyeong;Cha, Guee-Soo;Lee, Hee-Joon;Kim, Yong-Sub
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.11
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pp.755-760
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2016
The demand for independent generators using renewable energy has been increasing. Among those independent generators, small wind turbine generators have been actively developed. Permanent magnets are generally used for small wind turbine generators to realize a simple structure and small volume. On the other hand, cogging torque is included due to the structure of the permanent magnet synchronous machine, which can be the source of noise and vibration. The cogging torque can be varied by the shape of the permanent magnet and core, and it can be reduced using the appropriate design techniques. This paper proposes a design technique that can reduce the cogging torque by changing the shape of the permanent magnets for SPMSM (Surface Permanent Magnet Synchronous Motor), which is used widely for small wind turbine generators. Evolution Strategy, which is one of non-deterministic optimization techniques, was adopted to find the optimal shape of the permanent magnets that can reduce the cogging torque. The angle and outer diameter of permanent magnet were set as the design variable. A 300W class wind turbine generator, whose pole/slot combination was 8 poles/18 slots, was designed with the proposed design technique. The properties of the generator, including the cogging torque and output voltage, were calculated. The calculation results showed that the cogging torque of the optimized model was reduced compared to that of the initial model. The design technique proposed by this paper can be an effective measure to reduce the cogging torque.
Kim, Samuel;Jeong, Seung-Ho;Rhyu, Se-Hyun;Kwon, Byung-Il
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.1
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pp.57-65
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2007
Along with the development of power electronics and magnetic materials, permanent magnet (PM) brushless direct current (BLDC) motors are now widely used in many fields of modern industry BLDC motors have many advantages such as high efficiency, large peak torque, easy control of speed, and reliable working characteristics. However, Compared with the other electric motors without a PM, BLDC motors with a PM have inherent cogging torque. It is often a principle source of vibration, noise and difficulty of control in BLDC motors. Cogging torque which is produced by the interaction of the rotor magnetic flux and angular variation in the stator magnetic reluctance can be reduced by sinusoidal air-gap flux density waveform due to reduction of variation of magnetic reluctance. Therefore, this paper will present a design method of magnetizing system for reduction of cogging torque and low manufacturing cost of BLDC motor with isotropic bonded neodynium-iron-boron (Nd-Fe-B) magnets in ring type by sinusoidal air-gap flux density distribution. An analytical technique of magnetization makes use of two-dimensional finite element method (2-D FEM) and Preisach model that expresses the hysteresis phenomenon of magnetic materials in order for accurate calculation. In addition, For optimum design of magnetizing fixture, Factorial design which is one of the design of experiments (DOE) is used.
This paper deals with the optimum design of the stator and rotor shape of the interior permanent magnet synchronous motors (IPMSM) that are used in applications for automobiles. IPMSMs have the following advantages: high power, high torque, high efficiency, etc. However, cogging torque which causes noise and vibrations is generated at the same time. The optimum design of shape of a IPMSM was carried out with the aim of reducing cogging torque. Six variables which affect to the performance of a IPMSM are chosen. The main effect variables were determined and applied to the response surface methodology (RSM). When compared to the initial model using the finite elements method (FEM), the optimum model highly reduces the cogging torque and improves the total harmonics distortion (THD) of the back-electro motive force (EMF). A prototype of the designed model was manufactured and experimented on to verify the feasibility of the IPMSM.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.2
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pp.209-215
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2012
This paper deals with a reduction of cogging torque and estimate of inductance for IPMSM. The flux barriers(Barrier) and the auxiliary slot(Notch) for the reduction of cogging torque was installed for increase of driving characteristic in IPMSM. The cogging torque, driving torque and inductance are analyzed by using FEM(Finite Element Method) and the results of inductance calculation are compared to experimentation ones.
Lee, Dong-ho;Jeong, Chae-lim;Lee, Seung-Tae;Hur, Jin
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.67
no.2
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pp.199-208
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2018
This paper investigated the effect of unevenly magnetized magnets to the cogging torque. First, through qualitative analysis of cogging torque, the generation of slot harmonic component is explained. Second, it is found that the slot harmonic can be suppressed by locating the magnets under specific condition even if the magnets are irregularly magnetized respect to each other. Finally, it is verified with the experimental result.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.11
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pp.1519-1525
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2014
This paper presents the shape design for reducing cogging torque and characteristic analysis in Brushless DC (BLDC) motor. In this BLDC motor, ${\Delta}$(delta)-winding is applied, and in order to obtain the $60^{\circ}$ trapezoidal phase back-EMF waveform, permanent magnet shape design is carried out. And then, a method on specifying design parameters to effectively reduce cogging torque is developed. back-EMF, input voltage and input current which are analyzed by the Finite Element Method (FEM) are validated by experimental results. Also, efficiency calculations based on analysis and experimental results are performed and analyzed.
Kim, Hyun-Woo;Kim, Tae-Heoung;Lee, Ju;Lee, Sang-Don;Baek, Su-Hyun;Kim, Yong-Su
Proceedings of the KIEE Conference
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2003.07b
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pp.921-923
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2003
This paper introduces Flux-Reversal Machine(FRM) and presents the design of a FRM to reduce the cogging torque. The effect of the design parameters on the characteristic and cogging torque is analyzed by finite Element Method(FEM). The considered design parameters are bifurcated teeth, chamfered magnet poles, chamfered rotor tooth tips and rotor skewing. As a result, we can find the optimum model reduced cogging torque and torque ripple in 6/8 FRM.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.2
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pp.145-150
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2010
This paper deals with reduction of torque ripple in a brushless DC motor with input voltage control. The commutation torque ripple can be controlled with varying input voltage, but cogging torque is independent on it. So, in this paper a strategy for minimizing torque ripple is proposed by offsetting the cogging torque with deliberate voltage control. The optimal condition is determined with variable voltage levels and advance angles. As results, it is shown that the method causes 63% decrease of torque ripple.
As a high energy permanent magnet is commonly applied to motors so that small motors have high power capacities, it is also necessary to reduce a cogging torque which causes a noise and vibration in permanent magnet motors. The patterns of cogging torque in permanent magnet motors depend on the magnetic field distributions, so it is possible to reduce a cogging torque by designing a core shapes optimally. But it is known that an optimum design algorithm for reduction of cogging torques is too complicated and the process to get an optimized core shape is time consuming task. In this paper, new simplified core shapes are suggested to reduce a design parameters so that the core shapes to reduce a cogging torques could be obtained with simple computations. The result shows that the cogging torques of permanent magnet motors with this simplified core shapes could be reduced effectively without any loss of average torques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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