This paper analyzed the effect of temperature on the permanent magnet flux and output torque. The major parameter which will impact the torque control accuracy of a surface mounted permanent magnet motor is the variation of the permanent magnet temperature. In addition, the temperature variation of the permanent magnet will also influence the maximum torque per ampere of the motor. To analyze the effect of temperature on the permanent magnet, the rotor of the motor was directly heated to measure the temperature and the permanent magnet flux was measured. As a result, the output torque of the motor decreases as the temperature of the rotor permanent magnet increases. Therefore, this paper proposes a technique to compensate the phase current of the motor by estimating permanent magnet flux, and it is proved through theoretical basis and several experiments.
Park, Sung-Hwan;Lee, Jeong-Ju;Son, Jong-Yull;Lee, Young-Il
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.22
no.3
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pp.240-248
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2017
This paper describes the development of a powertrain for a 20 kW experimental electric vehicle using a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) and its application to a test vehicle. Two 10 kW SPMSMs are used in the powertrain, and two-level inverters are developed by using IGBTs to derive these motors. To control the SPMSM, a control board based on a TMS320F28335 DSP module, which has fast arithmetic function and floating point operator, is used. We develop a 100 V/40 A battery pack, which includes $32{\times}4$ LiFePO4 battery cells using commercial BMS. A commercial on-board charger with 220 V (AC) input and 100 V (DC) and 18 A output is used to charge the battery pack. The performance of the developed vehicle, such as acceleration availability, maximum speed, and maximum power, is estimated based on vehicle dynamics and verified through experiments.
Zhou, Yu;Li, Huaishu;Wang, Qingyu;Xue, Zhiqiang;Cao, Qing;Zhou, Shi
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.4
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pp.1674-1681
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2015
This paper presented an improved analytical method for calculating armature-reaction field in the surface-mounted permanent magnet machines accounting for opening slots. The analytical model is divided into two types of subdomains. The current of the armature is centralized in the center of the slots. The field solution of each subdomain is obtained by applying the interface and boundary conditions of the model. Two 30-pole/36-slot prototype machines with different slot-opening width are used for validation. The FE (finite element) results confirm the validity of the analytical results with the proposed model. The investigation shows that the wider the slot-opening width is, the smaller the peak value of radial and circumferential components of flux density, and the analytical armature-reaction field produced by centralized current in the slots is similar with the armature-reaction field produced by distributed current in the slots in the FE.
Park, Hyung-Il;Kim, Kwan-Ho;Shin, Kyung-Hun;Jang, Seok-Myeong;Choi, Jang-Young
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.6
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pp.987-994
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2016
In this paper, we present a comparative analysis of surface-mounted permanent magnet synchronous motors (SPMSM) and interior permanent magnet synchronous motors (IPMSM). First, we use 2D finite element analysis (FEA) to analyze models satisfying the same rated conditions according to the torque-speed curve characteristics, which are determined from the operating conditions. Next, we manufacture an SPMSM and IPMSM having good performances from an electromagnetic perspective based on analysis results, namely the cogging torque, torque ripple, and efficiency. We analyze both of the manufactured machines when they are connected back-to-back and when they are used as a motor and a generator, respectively. The motor is driven by a commercial inverter and the generator is connected to a three-phase resistance load bank. Finally, based on experimental results, which include the total harmonic distortion (THD) of the back electro-motive force (EMF), cogging torque, efficiency, and mass, we determine the motor that is most suitable under requirements.
In order to decrease the parameter sensitivity of deadbeat direct torque control (DB-DTC), an improved deadbeat direct torque control method for surface mounted permanent-magnet synchronous motor (SPMSM) drives is proposed. First, the track errors of the stator flux and torque that are caused by model parameter mismatch are analyzed. Then a sliding mode observer is designed, which is able to predict the d-q axis currents of the next control period for one-step delay compensation, and to simultaneously estimate the model parameter disturbance. The estimated disturbance of this observer is used to estimate the stator resistance offline. Then the estimated resistance is required to update the designed sliding-mode observer, which can be used to estimate the inductance and permanent-magnetic flux linkage online. In addition, the flux and torque estimation of the next control period, which is unaffected by the model parameter disturbance, is achieved by using predictive d-q axis currents and estimated parameters. Hence, a low parameter sensitivity DB-DTC method is developed. Simulation and experimental results show the validity of the proposed direct control method.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.50
no.9
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pp.453-458
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2001
This paper presents a new vector control algorithm of the surface mounted permanent magnet motor (SMPMM) without any rotational tranceducer. Originally, SMPMM does not have any magnetic saliency in structure, but it has a little magnetic saliency due to the saturation by the flux of the permanent magnet. Moreover, it varies according to the load conditions and the control performance of schematics using the saliency can be easily degraded. To prevent it and to improve the performance of the proposed algorithm, the saliency of a SMPMM under various load conditions is analyzed. In the proposed algorithm, the saliency or the impedance difference related to the saliency is utilized in order to estimate the position and speed of the rotor. And the high frequency signal is injected into the motor to measure the impedance difference and also to enhance the control performance of the system. The experimental results verify the performance of the proposed sensorless algorithm.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.8
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pp.1115-1122
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2012
This paper analyzes eddy-current loss induced in magnets of surface-mounted permanent magnet (SPM) machines by using an analytical method such as a space harmonic method. First, on the basis of a two-dimensional (2D) polar coordinate system and a magnetic vector potential, the analytical solutions for the flux density produced by armature winding current are obtained. By using derived field solutions, the analytical solutions for eddy current density distribution are also obtained. Finally, analytical solutions for eddy current loss induced in rotor magnets are derived by using equivalent electrical resistance calculated from magnet volume and analytical solutions for eddy-current density distribution. In particular, the influence of time harmonics in armature current on the eddy current loss is fully investigated and discussed. All analytical results are validated extensively by finite element analysis (FEA).
Two different designs of permanent magnet motors as direct wheel-set drive for the German high speed train ICE 3 are designed, one with surface mounted magnets (SM) and one with buried rotor magnets (BM). The surface magnet motor has $17\%$ less mass and a slightly higher efficiency and was therefore chosen for further investigations. Compared with the conventional drive system of the ICE 3, consisting of geared inverter fed induction machines, the gearless permanent magnet direct drive yields about $16\%$ lower losses. This calculation is based on the route parameters of the high speed track between Frankfurt/Main and Cologne in Germany, which is currently under construction.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.43
no.7
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pp.1112-1120
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1994
This paper presents a servo control scheme for the surface-mounted permanent-magnet synchronous motor(SPMSM) which essentially uses vector control algorithm. The control system is composed of the PI controller for speed control and the current controller using space voltage vector PWM technique. The high-speed calculation and processing for vector control is carried out by TMS320C31 digital signal processor and IGBT module. The proposed scheme is verified through digital simulations and experiments for 2.2kW SPMSM and shows good dynamic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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