A new control method for precision robust position control of a brushless DC (BLDC) motor using asymptotically stable adaptive load torque observer is presented in the paper. Precision position control is obtained for the BLDC motor system approximately linearized using the field-orientation method Recently, many of these drive systems use BLDC motors to avoid backlashe. However, the disadvantages of the motor are high cost and complex control because of nonlinear characteristics. Also, the load torque disturbance directly affects the motor shaft. The application of the load torque observer is published in [1] using fixed gain. However, the motor flux linkage is not exactly known for a load torque observer. There is the problem of uncertainty to obtain very high precision position control. Therefore a model reference adaptive observer is considered to overcome the problem of unknown parameter and torque disturbance in this paper. The system stability analysis is carried out using Lyapunov stability theorem. As a result, asymptotically stable observe gain can be obtained without affecting the overall system response. The load disturbance detected by the asymptotically stable adaptive observer is compensated by feedforwarding the equivalent current which gives fast response. The experimenta results are presented in the paper.
In this paper, a novel single-phase hybrid switched reluctance motor (HSRM) is proposed for hammer breaker application. The hammer breaker requires only unidirectional rotation and high-speed operation. To satisfy the requirements and eliminate torque dead-zone, the rotor of the proposed 4/4 poles SRM is designed with wider pole arc and non-uniform air-gap. This motor has a simple structure and produces low torque ripple. Permanent magnets (PMs) are mounted on the inner stator at a certain position which enables it to park the rotor for self-start and create positive cogging torque in the torque dead-zone. Compared with conventional single-phase switched reluctance motor, HSRM has an increased torque density and relatively low torque ripple. To verify effectiveness, finite element method (FEM) is employed to analyze the performance of the proposed structure. Then, the proposed motor is compared with the existing motor drive system for the same application. The proposed HSRM is easy to manufacture along with competitive performance.
Park, Hyung-Il;Shin, Kyung-Hun;Yang, Hyun-Sup;Choi, Jang-Young
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.11
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pp.1806-1812
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2016
We propose an interior permanent magnet syhchronous motor (IPMSM) with arc-shape ferrite permanent magnets (PMs) as a substitute for the rare-earth permanent magnet, and determine its optimal design through parametric study. First, we use 2D finite element analysis to analyze 4-poles and 6-slots initial model according to performance requirements and design parameters. The current angle of the maximum average torque considered in the analysis is different compared with the current angle of the minimum torque ripple. Thus, the parametric study for optimal rotor design is performed by varying the thickness and the offset radius of the PMs according to current angle. In particular, a narrow bridge is required in conventional IPMSM for reducing flux leakage; however, the increase in cogging torque in the analysis model saturates the narrow bridge (large offset radius). Therefore, we suggest an appropriate shape considering limiting conditions such as DC link voltage, average torque, torque ripple, and cogging torque taking into account performance requirements.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.26
no.9
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pp.40-46
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2012
The single-phase switched reluctance motor(SRM) has only one inductance variation and the positive torque is generated in the restricted section. So, it cannot be started by itself. To solve this problem, many researchers have addressed the several starting method for the single-phase SRM. This paper is focused on the torque characteristics of the single-phase SRM according to starting method. The four major starting method - permanent magnet, saturable stator pole, to grade the rotor, stepped rotor pole - is selected to analyze the torque characteristics. The analysis model of each starting method is designed to changed the pole shape or inserting other material in the basic model. The torque characteristics of each analysis model is obtained by using FEM analysis. The FEM analysis is performed at incremental rotor positions over half inductance cycle in any one pole with 250AT, 500AT, 750AT. The distortion factor of each analysis model is analyzed through the FFT to compare the distortion between basic model and four analysis model.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.10
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pp.93-100
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2001
The analysis and control of a new type unsymmetrical slotted self-bearing step motor for small angle control is presented. The motor actuator is used for both motor and bearing functionality without any additional coil windings or electromagnets for bearing functionality. A circular-arc, straight-line permeance model for the fringing effect is presented. An unsymmetrical slotted self-bearing step motor layout and control algorithm are described. A new control current generation method using the electromagnets layout geometry, which needs no additional current for bearing functionality, is proposed. As the result of this analysis the fringing effect largely influences on the system characteristics. especially in torque. Even if the bearing functionality is added into the motor functionality, it is shown that the magnitude of torque is not changed.
This paper deals with optimum design criteria for maximum torque density & minimum torque ripple of a Flux Switching Motor (FSM) using response surface methodology (RSM) & finite element method (FEM). The focus of this paper is to find a design solution through the comparison of torque density and torque ripple which vary with rotor shape. And then, a central composite design (CCD) mixed resolution was introduced and analysis of variance (ANOVA) was conducted to determine the significance of the fitted regression model. The proposed procedure allows one to define the rotor dimensions, starting from an existing motor or a preliminary design.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.55
no.6
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pp.287-291
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2006
Recently, various applications of permanent-magnet(PM) electric motor have been more increased. Compared with the other electric motors, PM electric motor has cogging torque which results from the interaction between PM of rotor and slot-teeth structure of stator. Audible noise and vibration is caused by this cogging torque. So, the reduction of cogging torque is main designing goal of PM electric motor. The purpose of this paper is to realize the decrease of cogging torque using new experimental design and response surface analysis which is one of the statistical methodologies.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.1
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pp.20-26
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2005
Various kinds of practical machines using the single phase induction motor (SPIM) are utilized to control both speed and torque. In particular, the capacitor-run type SPIM has the characteristic that allows the motor torque to be altered by auxiliary capacitance variation. In this study, we manifest an equivalent model having a more simplified configuration, and clarify the relationship between torque and capacitance. Also, we design an experimental controller that is able to perform speed control with ease by the phase angle control of the AC input voltage. Validity of this study is confirmed through the simulation and experimental results obtained.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.4
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pp.735-741
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2009
This paper presents an algorithm for the permanent magnet shape optimization of a large scale BLDC(Brushless DC) motor to minimize the cogging torque. A response surface method (RSM) using multiquadric radial basis function is employed to interpolate the objective function in design parameter space. In order to get a reasonable response surface with relatively small number of sampling data points, additional sampling points are added on the basis of design sensitivity analysis computed by using FEM. The algorithm has 2 stages: the first stage is to determine the PM arc angle, and the 2nd stage is to optimize the magnet pole shape. The developed algorithm is applied to a 5MW BLDC motor to get a minimum cogging torque. After 3 iterations with 4 design parameters, the cogging torque is reduced to 13.2% of the initial one.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.1
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pp.40-44
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2013
This paper presents a design and characteristics analysis of novel 2-phase 4/3 switched reluctance motor (SRM) with short flux path for an air-blower application. The desired air-blower is unidirectional application, and requires a wide positive torque region without torque dead-zone. In order to get a wide positive torque region without torque dead-zone during phase commutation, asymmetric inductance characteristic with non-uniform air-gap is considered. The proposed motor could be started at any rotor position with high efficiency drive. The proposed 2-phase 4/3 SRM is verified by finite element method analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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