This paper presents a voltage angle control strategy for surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM) drives used in low-cost applications, wherein a current vector control is not employed. In the proposed method, the current vector control scheme, which requires high precision phase-current sensing units and a fast calculation capability of a motor drive controller, is replaced with the voltage angle controller. The proposed voltage angle controller calculates a d-axis voltage command to make the d-axis current zero by using a simple equation obtained from the voltage equation of SPMSM. The proposed method shows performance similar to the current vector controlled SPMSM drive during steady-states and its structure is very simple and thus it can be easily implemented with a low-cost microcontroller. The effectiveness of the proposed method is verified through simulations and experiments.
This paper presents a design of the Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM). an initial design process is accomplished by using the parametric design. In the design process, motor characteristics of parameters is computed by the d-q axis equivalent circuit model. Then, an optimal design process is accomplished by combination the experimental design and the response surface method. Finally, the design and analysis results are verified with experimental results.
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.
Soft magnetic composites (SMCs) are especially suitable for the construction of low-cost, high-performance motors with 3-D magnetic fields. The main advantages of SMCs is that the iron particles are insulated by the surface coating and adhesive used for composite bonding, the eddy-current loss is much lower than that in laminated steels, especially at higher frequencies, and the hysteresis loss becomes the dominant component of core losses. These properties enable machines to operate at higher frequencies, resulting in reduced machine size and weight. In this paper, 3-D topologies are proposed that enable the application of SMCs to effectively reduce losses in high-speed permanent magnet (PM) motors. In addition, the electromagnetic field characteristics of the motor topologies are evaluated and compared using a non-linear finite element method (FEM) based on 3-D numerical analysis, and the feasibility of the motor designs is validated.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.1
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pp.44-49
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2011
This paper proposes a robust digital speed regulator for a surface-mounted permanent magnet synchronous motor(SPMSM). The proposed speed controller uses a simple digital load disturbance resistance scheme which does not require a load torque observer, so it can be easily and simply implemented without degrading the control performance. To validate the effectiveness of the proposed control algorithm, experimental results as well as simulation results are shown under motor parameter variations using a prototype SPMSM driving system. Finally, it was confirmed that the proposed method can precisely regulate the speed of the SPMSM.
Transverse flux machine (TFM) has been proved to be very suitable for high-torque, low-speed, and direct-drive situation in industry. But the complex structures and costly permanent magnets (PMs) are two key limitations of its wide range of applications. This paper proposes a new claw pole TFM (ACPTFM) which features an assembled claw pole stator and using the lamination steels material to overcome the complex structures. By combining response surface methodology (RSM) with design of experiment, an optimum design method is put forward to improve the PM's contribution to the torque in order to save the PM's amount. The optimum design results demonstrate the validity of the proposed optimum design method and the optimized model. Eventually, the finite-element analysis (FEA) calculation method, which is used in the optimization process, is verified by the experiments in a prototype.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.8
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pp.1080-1089
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2013
Interior Permanent Magnet Synchronous Machines (IPMSMs) with rare earth magnet are widely used in electric vehicles and hybrid electric vehicles. IPMSMs having high efficiency, high torque, and a wide speed range are employed in propulsion system. And the rotor in an IPMSM is generally made of a rare earth magnet to achieve a large energy product and high torque. This paper discusses issues regarding design and performance of IPMSMs using different factors of BH magnetic characteristic. It is necessary to choose factors of magnetic material according to permanent magnet shape in rotor for high performance. Response Surface Methodology (RSM) is selected to obtain factors of magnetic material according to variety of rotor shapes. The RSM is a collection of mathematical and statistical techniques useful for the analysis of problems in which a response of interest in influenced by several variables and the objective is to optimize response. Therefore, it is necessary to analyze the torque characteristics of an IPMSM having magnet BH hysteresis curve with different rotor shape. Factors of residual flux density (Br) factor and intrinsic coercive force (Hc) are important parameters in RSM for rotor shape. The rotor shapes for IPMSMs having magnet BH characteristic were investigated using the RSM, and three shapes were analyzed in detail using FEA. The results lead to design consequence of IPMSMs in the various rare earth magnet materials.
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.
Inductance and back EMF are important parameters in characteristic analysis of brushless motor. Inductance is constant value in surface permanent magnet type brushless motor. But it is change depending on the position of the rotor in interior permanent magnet type brushless motor. So this paper is considering for change inductance in characteristic analysis of brushless motor. Characteristic analysis is executed by the method that three-phase bipolar 120 degree commutation drive type.
Park, Seong-Cheol;Lee, Won-Yong;Yu, Byung-Hun;Kim, Dae-Kyong;Shin, Duck-Shick;Kim, Byung-Taek
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.2
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pp.311-317
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2010
This paper deals with operation characteristics of a written-pole motor (WPM), having that of a permanent magnet (PM) synchronous motor and induction motor at once. The WPM also has a magnet layer on the surface of the rotor and the exciter pole that is a device to make the magnet layer magnetized during the operation. This study, introducing a fundamental structure and operation characteristics of a single-phase WPM, proposes a initial design method. With those ground, a 130W, single-phase WPM that is designed for a home appliance is presented and verified with a performance through the experiment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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