The shape optimization of the stator and the rotor is important for electrical motor design. Among many motor design parameters, the stator tooth and yoke width are a few of the determinants of noload back-EMF and load torque. In this study, we proposed an equivalent magnetic circuit of motor stator for efficient stator tooth and yoke width shape optimization. Using the proposed equivalent magnetic circuit, we found the optimal tooth and yoke width for minimal magnetic resistance. To verify if load torque is truly maximized for the optimal tooth and yoke width indicated by the proposed method, we performed finite element analysis (FEA) to calculate load torque for different tooth and yoke widths. From the study, we confirmed reliability and usability of the proposed equivalent magnetic circuit.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.6
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pp.1039-1046
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2007
This paper presents the analysis for power consumption, mechanical vibration and acoustic noise characteristics of the Coreless and Slotless Brushless DC motor in Digital Lightening Processor(DLP) Motor with the Air-Dynamic Bearing. The Coreless BLDC motor has not the stator yoke as well as the stator slot to remove the unbalance force by the interaction between the stator yoke and Air-Dynamic Bearing clearance. The assembling tolerance and the processing error make the air-gap difference between the magnet and the stator yoke .which occurs the unbalanced electro-magnetic force in the Slotless BLDC motor. It imposes the air-dynamic bearing on the disturbance force and makes the Air-Dynamic Bearing vibrated and noised. Also, The attractive force between the magnet and the silicon steel stator yoke increases the power consumption. In this paper, the power consumption, mechanical vibration and acoustic noise of the Coreless BLDC motor and the Slotless BLDC motor with the silicon steel stator yoke are simulated, analyzed, and tested using the manufactured proto-type motors with Air-Dynamic bearing. The simulated and tested results present that the Coreless BLDC motor without the silicon steel stator yoke has the lower mechanical vibration and noise ,and lower power consumption than the Slotless BLDC motor with the silicon steel stator yoke in Digital Lightening Processor Motor with Air-Dynamic Bearing.
This paper presents the acoustic noise and mechanical vibration reduction of a coreless brushless DC motor with an air dynamic bearing used in a digital lightening processor. The coreless brushless DC motor does not have a stator yoke or stator slot to remove the unbalanced force caused by the interaction between the stator yoke and the rotor magnet. An unbalanced force makes slotless brushless DC motors vibrate and mechanically noisy, and the attractive force between the magnet and the stator yoke increases power consumption. Also, when a coreless brushless DC motor is driven by a $120^{\circ}$ conduction type inverter, high frequency acoustic noise occurs because of the peak components of the phase currents caused by small phase inductance and large phase resistance. In this paper, a core-less brushless DC motor with an air dynamic bearing to remove mechanical vibration and to reduce power consumption is applied to a digital lightening processor. A $180^{\circ}$ conduction type inverter drives it to reduce high frequency acoustic noise. The applied methods are simulated and tested using a manufactured prototype motor with an air dynamic bearing. The experimental results show that a coreless brushless DC motor has characteristics of low power consumption, low mechanical vibration, and low high frequency acoustic noise.
Ha, Kyung-Ho;Kim, Young-Kyoun;Lee, Geun-Ho;Hong, Jung-Pyo
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.2B
no.3
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pp.95-99
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2002
This paper deals with the influence of the various stator structures in a Switched Reluctance Motor (SRM) on the vibration behaviors. The stator part in SRMs produces most vibrations. Therefore, the geometric design of the stator is necessary to reduce the vibration. The free and forced vibrations for four different stator yoke structures are analyzed by the electromagnetic and structural Finite Element Method (FEM). Then vibration stator structure that offers less is proposed. The modal analysis results of a tested motor are compared with measurements.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.8
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pp.1201-1206
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2017
In this paper, the temperature characteristics by change the width of teeth and yoke in the stat or parameters were analyzed. An initial model of fill factor 45 [%] was produced. Through the experiment, the validity of the temperature analysis using the thermal equivalent circuit method was verified. So, initial model was selected as basic model. Also, temperature characteristic analysis was performed for each width change of the stator teeth and yoke, and the effects of the width of stator teeth and yoke on the temperature characteristics were analyzed.
In this paper, a new stator shape for axial flux motor was proposed. It consists of tooth and back-yoke laminated and be assembled with each other. The method assembling together has a significant characteristic. It is different direction of lamination between core and back-yoke. This paper shows analysis method considering the lamination direction and analyze characteristic of axial flux motor with stator proposed using 3D finite element method.
This paper presents a new structure for the universal motor using soft magnetic composite (SMC). The stator for this new type of motor is made by combination of the SMC pole and the silicon steel yoke. The shape of the 3D SMC pole is designed to minimize ohmic loss and amount of stator coil. To design the pole shape, the 3D analysis in the design procedure is replaced with an equivalent 2D analysis. Finally, the optimal shape is analyzed by 3D FEM and the performance is discussed.
Ha, Kyung-Ho;Jeong, Seung-Kyu;Hong, Jung-Pyo;Kang, Do-Hyun
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.12B
no.1
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pp.19-23
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2002
This paper investigates the influence of various stator pole shapes and yoke structures in Switched Reluctance Motors (SRM) on the mechanical behavior caused by the electromagnetic farce. The stator part in SRM produces most vibration. The geometric design of the stator is therefore necessary to reduce the vibration. Based on electromagnetic and structural Finite Element Method (FEM), the free and farced vibrations for the various structures of SRM with 6/4 poles are analyzed. Then a less vibration stator structure is proposed. Some of numerical computations for a prototype motor are verified by experimental results.
Reducing the noise and vibration of the BLDC motors is very essential for some special applications. In this paper, a new structural design is introduced to increase the natural frequencies of the stator in BLDC motors as increasing the natural frequencies can reduce the severe effects of the structural resonances, including high levels of noise and vibration. The design is based on placing a single hole on definite regions at the stator cross sectional area (each region contains one tooth and its upper parts in the stator yoke) in an optimum way by which the natural frequencies at different modes are shifted to the higher values. The optimum diameter and locations for the holes are extracted by the Response Surface Methodology (RSM) and the modal analyses in the iterative process are done by Finite Element Method (FEM). Moreover, the motor performance by the optimum stator structure is analyzed by FEM and compared with the prototype motor. Preventing the stator magnetic saturation and the motor cogging torque enhancement are the two constraints of the optimization problem. The optimal structural design method is applied experimentally and the validity of the design method is confirmed by the simulated and experimental results.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.28
no.5
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pp.115-121
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2014
The intrinsic simplicity, ruggedness, and simple power electronic drive requirement of a Switched Reluctance Motor(SRM) make it possible to use in many commercial adjustable speed application. The simple magnetic circuit results in a high efficiency drive and low temperature rise, and the drive system provides a good drive characteristics. This paper is provides two phase 4/3 SRM that is similar to two phase 6/3 SRM as aspect to magnetic structure. Although 6/3 SRM does not experience any flux reversal as the flux is in the same direction whether phase A or B is excited, but two phase 4/3 SRM experiences a flux reversal in small part of stator yoke. The flux reversal in two phase 4/3 SRM could be relieved by an adjustment of stator yoke structure. The magnetic analysis and design considerations of the two phase 4/3 SRM have been obtained by the finite element method analysis (FEM).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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