A study on the multi-objective optimization of Interior Permanent-Magnet Synchronous Motors (IPMSMs) with 2, 3, 4 and 5 flux barriers per magnetic pole, based on Genetic Algorithm (GA) is presented by considering the aspect of irreversible demagnetization. Applying the 2004 Toyota Prius single-layer IPMSM as the reference machine, the asymmetrical two-, three-, four- and five-layer rotor models with the same amount of Permanent-Magnets (PMs) is presented to improve the torque characteristics, i.e., reducing the torque pulsation and increasing the average torque. A reduction of the torque pulsations is achieved by adopting different and asymmetrical flux barrier geometries in each magnetic pole of the rotor topology. The demagnetization performance in the PMs is considered as well as the motor performance; and analyzed by using finite element method (FEM) for verification of the optimal solutions.
In this paper, we proposed the outer-rotor type of FSPM motor for high speed operation and optimized motor shape. First of all, combinations of pole and slot numbers are examined for the optimal back-EMF and cogging torque, then optimizes the better shape design of the permanent magnet, rotor pole width. Further, The winding turns are obtained by circle of the voltage limit equation and motor parameters to minimize the current and to improve the efficiency. As a result, the performance of the designed model is satisfied, and it is verified through a two-dimensional finite element method (2D-FEA).
Six-step commutation control widely used in brushless DC (BLDC) motor can be applied to consequent pole permanent magnet (CPPM) belt starter generator (BSG) with trapezoidal back electromotive force (EMF) in the starter state. However, rotor position detection with three Hall sensors in BLDC motor can hardly be employed in CPPM BSG due to asymmetric flux distribution in each pole side of CPPM BSG. This paper presents a low-cost rotor position detection method for CPPM BSG in which six Hall sensors are proposed to be used based on the analysis of flux distribution by 3D FEA. In the method, the six Hall sensors are divided into three groups and two signals in each group are combined through performing logic operations. In addition, offset angle between back EMF and the related Hall signal can be compensated by moving the Hall sensors. Experiments of a 2 kW CPPM BSG prototype have also been performed to verify the proposed method.
Cogging torque is often a principal source of vibration and control difficulty in permanent magnet motors, especially at low speeds and loads. For example, reduction of cogging torque is an important specification for DC motors used for electric power stee- ring. This paper examines two motor design techniques, stator tooth notching and rotor pole skewing with magnet pole shaping, for reduction of cogging torque, and the effect of each method on the airgap flux, and the use of the Maxwell stress method and Fourier decomposition to calculate the periodic cogging torque. The analyses show that the cogging torque can be nearly eliminated by the suggested designs, with minimal scacrifice of output torque.
This paper deals with reduction and analysis of cogging torque for permanent magnet synchronous generators with multi-pole rotor for wind power applications. Open-circuit field solutions are derived using a magnetic vector potential and a two-dimensional (2-d) polar coordinate systems. On the basis of derived open-circuit field solutions and 2-d permeance functions, we also derive open-circuit field solutions considering stator slotting effects. By using open-circuit field solutions considering stator slotting effects and energy variation methods, this paper analytically predicts the cogging torque considering skew effects. All analytical results are shown in good agreement with those obtained from finite element (FE) analyses. In order to reduce the cogging torque, by predicting the variation of the cogging torque according to pole arc/pitch ratio using analytical and FE methods, pole arc/pitch ratio which makes the cogging torque minimum are determined. However, we confirm that measured value for cogging torque of the PMG with determined pole arc/pitch ratio is twice higher than predicted value. Therefore, the reason for an error between measured and predicted cogging torque is discussed in terms of a shape of PMs and is proved experimentally.
As a direct drive type washing machine requires two operating modes, washing and spinning modes, a design of the motor with high efficiency in each mode is not applicable to a conventional procedure. To achieve the requirements, a multi-pole outer rotor type switched reluctance motors are considered. To select a suitable motor type for the application, a static toque is compared based on the FEM analysis. The selected type is obtained for high and wide toque than other types of the motor. Further, the pole shape and arc are optimized to meet the required torque and torque ripple. To verify the proposed structure, the prototype is designed and manufactured. And the simulation and experimental results verify the validity of the proposed structure.
본 논문에서는 전기자동차용 견인전동기로서의 다극 매입형 영구자석 동기전동기의 회전자 돌극 설계에 의한 토크리플 개선 방안을 연구하였다. 다극 매입형 영구자석 동기전동기의 경우 영구자석에서 발생되는 자속이 고정자에 쇄교되지 않고 회전자 브릿지를 통해 누설되는 자속이 크다. 이러한 누설자속을 줄여 출력밀도를 향상시키고 토크리플을 저감하기 위해 영구자석 사이의 회전자 표면에 슬릿을 적용하였다. 슬릿에 적용되는 두 설계 파라미터를 제안하고 반응표면법을 이용하여 토크리플 감소와 출력 향상 최대화 설계를 수행하였다. 자속의 포화를 고려하기 위해 본 논문에서는 2차원 유한요소법을 이용하여 특성해석을 수행하고 이를 분석하였다.
This paper presents a comparison of the characteristics by two types of switched reluctance motor (SRM) drives using search coils, Exterior pole search coil and Interior central pole search coil, which are used for estimation of the rotor position. The advantages and disadvantages of the two types of drive methods are also described.
마그네틱 기어는 기계적인 접촉 없이 회전 기계의 입력측과 출력측이 자기적으로 결합되어 동력을 전달한다. 마그네틱 기어는 내측회전자, 외측회전자, 폴피스로 구성되어 있으며, 동력전달 시 두 회전체와 폴피스 사이의 자기저항 차이로 토크리플이 발생하게 된다. 이러한 토크리플은 회전기계의 소음과 진동의 원인이 되기 때문에 최소화하는 방안이 필요하다. 본 논문에서는 토크리플 저감 방안으로 폴피스의 각진 모서리를 깎아 필렛을 적용한 형상을 제안하였다. 2D 유한요소해석법을 활용하여 필렛 파라미터 변화에 따른 마그네틱 기어의 토크리플을 비교 및 분석하고 토크리플이 우수한 폴피스 형상을 모색하였다.
A 12/14 bearingless switched reluctance motor (BLSRM) with hybrid stator poles has been proposed due to the outstanding decoupling characteristics between the torque and suspending force. However, the motor is a two-phase motor. The output torque of the motor has torque dead zone and high torque ripple. Hence, the motor cannot self-start at some rotor positions. To solve the self-starting problems and reduce the torque ripple, a stepped rotor is proposed in this paper. Then, the motor with the stepped rotor is optimally designed. In the new designed motor, the majority parameters are kept the same with those of original motor; only the torque pole arc and rotor pole shape are optimally designed. The characteristics of the redesigned motor, such as inductance, torque and suspending force, are analyzed and compared with those in the original motor. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by the simulation results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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