In the recent past, genetic algorithm (GA) and evolutionary optimization scheme have become increasingly popular for the design of electromagnetic (EM) devices. However, the conventional GA suffers from computational drawback and parameter dependency when applied to a computationally expensive problem, such as practical EM optimization design. To overcome these issues, a hybrid optimization scheme using GA in conjunction with Kriging is proposed. The algorithm is validated by using two mathematical problems and by optimizing rotor structure of interior permanent magnet synchronous machine.
IPMSM(Insert Permanent Magnet Synchronous Motor) is a very high degree of freedom in the design according to the permanent magnet insertion position. And the performance of IPMSM is affected a lot on barrier shape which determines the magnetic flux path from magnet. Thus the position of permanent magnet and the barrier shape has to be designed by considering both specification and operation condition. In the paper, the permanent magnet and barrier shape which is suitable for direct drive motor of washing machine has been studied. In addition, in order to verify the validity of the study, the test was evaluated by making a prototype motor.
This paper investigates the influence of mechanical energy storage on the interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM) when it is operated in the generating mode. An IPMSM with six-poles and nine-slots employing concentrated coil winding type is considered as the analysis model, and a surface-mounted permanent magnet synchronous motor directly connected to a heavy wheel is applied as the mechanical energy storage system by using the moment of inertia. Based on the constructed experimental set-up with manufactured machines and power converters, the generated electrical energy is converted into the mechanical energy, and the electromagnetic filed characteristics of IPMSM are subsequently investigated by applying the measured phase current of IPMSM based on finite element method. Compared to the characteristics in a no-load condition, it is confirmed that the magnetic behavior, radial force, and power loss characteristics are highly influenced by the harmonics of the phase current due to the mechanical energy storage system.
This paper proposes a new type of consequent-pole permanent-magnet (CPPM) machine with stator axial magnetic ring that increases torque capability over a wide speed range and enhances efficiency for the built-in rare-earth permanent magnet synchronous machine used in new energy vehicles. The excitation winding of the CPPM hybrid excitation synchronous machine in the stator is replaced by ferrite magnetic ring to simplify the structure and manufacturing process of the machine. The basic structure and magnetic regulation principle of the proposed machine are introduced and compared with the traditional interior rare-earth permanent magnet synchronous machine and CPPM hybrid excitation synchronous machine. Finally, experimental results of a new type of CPPM synchronous motor prototype with axial magnetic ring are introduced in the paper.
An inductance measurement method for interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM) is proposed in this paper. In this method, the motor is measured at standstill condition, and only a 3-phase voltage source, an oscilloscope and a DC voltage source are required. Depending on the deductive dq-axis voltage equations in the stationary frame of reference, the dq-axis inductances at different current magnitude and vector angle can be calculated by the measured 3-phase voltages and currents. And hence, the saturation and cross-magnetizing effect of the inductances are measurable. This paper introduces the principle equations, experiment setup, data processing, and results comparison on the concentrated-winding and distributed-winding IPMSMs.
This paper deals with Wound Rotor Synchronous Motor (WRSM) purposely designed for Integrated Starter and Generator (ISG) installed in 42V automotive electrical system. Not only design objective and specifications of WRSM, but its adaptive design to minimize torque ripple and back-EMF Total Harmonics Distortion (THD) are considered. Furthermore, design characteristics of designed prototype have been investigated numerically in terms of torque, back EMF, loss, and efficiency, which are verified by performance comparison with Interior Permanent Magnet Synchronous Machine based on Finite Element Analysis (FEA).
This study explores the use of a bulk type high-temperature superconductors (HTS) as trapped field magnets in synchronous motors. A HTS bulk is examined for its ability to generate powerful magnetic fields over a permanent magnet and to eliminate the need for a direct power supply connection compared to a tape form of HTS. A 150 kW interior-mounted bulk-type superconducting synchronous motor is designed and analyzed. The A-H formulation is used to numerical analysis. The results show superior electrical performance and weight reduction when comparing the designed model with the conventional permanent magnet synchronous motor of the same topology. This study presents HTS bulk synchronous motor's overall design process and highlights its potential in achieving relatively high power density than conventional permanent magnet synchronous motor.
On account of small size and light weight, a high-speed machine is regarded as a key technology for many future applications of drive systems. In high-speed applications, permanent magnet synchronous motors have a number of merits such as high efficiency and high power density. Therefore, they are suitable for driving the air-blower of a fuel cell electric vehicle (FCEV) where space and energy savings are critical. Particularly, a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) of them is mainly used as a high-speed machine. However, the motor has a fatal flaw due to a retaining can to maintain the mechanical integrity of a rotor assembly. The can results in the increase of magnetic air-gap length in the SPMSM. Thus, in this paper, an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) is applied in order to drive the air-blower of FCEV instead of the SPMSM, and the experimental results of two models are compared to verify the capability of the IPMSM for high-speed applications.
This paper presents an improved estimation procedure for the contribution to no-load flux linkage created by the permanent magnet (PM) in interior permanent magnet synchronous machines. In the proposed method, the saturation effect in stator and rotor cores are taken into account by utilizing the frozen permeability method (FPM). This improved procedure can evaluate the contribution for each local element in the PM to the no-load flux linkage. According to the analysis results, an effective PM topology optimal design can be carried out to achieve high utilization ratio of PM in the machine. In order to determine the threshold of the low contribution of PM for removing, one multi-objective optimization model is proposed. Based on the optimal threshold, the final optimal topology design of PM can be achieved.
This paper presents a comparative study of position sensorless control schemes based on back-electromotive force (back-EMF) estimation in permanent magnet synchronous motors (PMSM). The characteristics of the estimated back-EMF signals are analyzed using various mathematical models of a PMSM. The transfer functions of the estimators, based on the extended EMF model in the rotor reference frame, are derived to show their similarity. They are then used for the analysis of the effects of both the motor parameter variations and the voltage errors due to inverter nonlinearity on the accuracy of the back-EMF estimation. The differences between a phase-locked-loop (PLL) type estimator and a Luenberger observer type estimator, generally used for extracting rotor speed and position information from estimated back-EMF signals, are also examined. An experimental study with a 250-W interior-permanent-magnet machine has been performed to validate the analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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