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[국내논문] 반응표면법을 이용한 매입형 영구자석 동기전동기의 이층 영구자석 회전자 구조 다목적 최적 설계
Multiobjective Optimal Double-Layer PM Rotor Structure Design of IPMSM by Response Surface Method and Finite Element Method 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.24 no.6, 2010년, pp.123 - 130  

최길선 (동아대학교 대학원 전기공학과) ,  한성진 (동아대학교 전기공학과)

초록
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일반적으로 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)의 초기설계는 자기등가회로법을 이용한다. IPMSM의 경우 회전자에 매입된 영구자석 배치의 자유도가 매우 높지만 자기등가회로법은 영구자석의 배치를 고려하기 어렵다. 따라서 설계변수와 응답에 대한 관측 자료로부터 해석적인 근사모형을 제시함으로써 실질적인 목적함수를 쉽게 만들 수 있는 반응표면법(RSM)을 활용하였으며 조건에 따른 관계를 예측하기 위해 필요한 실험 데이터는 유한요소법을 이용하였다. 본 논문에서는 IPMSM의 고 토크와 저 토크 리플을 위한 반응 표면법을 이용한 매입형 영구자석 동기전동기의 이층 영구자석 회전자 구조 다목적 최적 설계를 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In general, a design method based on the equivalent magnetic circuit has been used for basic design of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM). However, the equivalent magnetic circuit method has difficulty in considering the arrangement of PM. IPMSM has high degree of freedom for PM roto...

Keyword

#IPMSM   #RSM   #Torque Ripple   #FEM  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 d-q축 자기저항 차이에 의한 토크성분(Reluctance torque)에 영향을 미치는 영구자석의 위치를 변화시켜 돌극비 조절을 통한 IPMSM의 특성을 향상시키고자 한다. 따라서 목적함수를 출력토크와 토크리플로 두고 다목적 최절설계를 수행한다.
  • 본 논문에서는 d-q축 자기저항 차이에 의한 토크성분(Reluctance torque)에 영향을 미치는 영구자석의 위치를 변화시켜 돌극비 조절을 통한 IPMSM의 특성을 향상시키고자 한다. 따라서 목적함수를 출력토크와 토크리플로 두고 다목적 최절설계를 수행한다. 설계변수로는 그림 5와 같이 자석 각도, 극호 당 극피치 비율, 자석사이 거리로 선정하였다.

가설 설정

  • 여기서, ε을 통계적인 오차로 다루고, 일반적으로 평균이 0이고 분산 σ2을 가지는 정규분포로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반응표면법이란? 반응표면법(Response Surface Method)은 설계변수(design variables)와 반응변수(response variables)의 실험적 관계를 수학식으로 표현하기 위해 실험이나 시뮬레이션으로부터 얻은 치수들로부터 근사적 반응 표면모델을 만들어내는 통계적 기법들을 말한다. 많은 공학문제에서 설계변수와 반응변수간의 수학적 함수 관계를 찾아낸다는 것은 매우 어려우며 비록 반응 함수가 부분적으로 알려져 있다 하더라도 복잡한 형태를 취하는 경우가 대부분이어서 실용성이 낮다.
매입형 영구자석 동기전동기가 약자속 제어성 증대를 위해 많이 사용하는 구조는? 매입형 영구자석 동기전동기는 약자속 제어성을 증대하기 위하여 영구자석이 회전자의 내부에 다층으로 매입된 구조를 많이 사용하는데, 영구자석의 정렬에따라 달라지는 돌극비에 따른 특성을 구하기 위해 고정자, 회전자 형상 및 재질, 영구자석의 사용량 등을 동일하게 설계한다. 그림 1에서 IPMSM의 구조를 보여준다.
IPMSM 의 특성 향상을 위해 다목적 최적설계법이 필요한 이유는? 전기자동차용 전동기는 높은 토크와 낮은 토크 리플이 요구된다. 그러나 IPMSM은 돌극비 때문에 토크 리플 감소의 여러움을 가지고 있다. 그러므로 IPMSM 의 특성 향상을 위해 다목적 최적설계법이 필요하다.
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참고문헌 (7)

  1. 곽상엽, “차량 구동용 다층 매입형 영구자석 전동기의 특성 해석 및 설계”, 서울대학교, 박사학위논문, 2008. 

  2. T.J.E,Miller, J.R, Hendershot Jr., “Design of Brushless Permanent Magnet Motors”, Oxford, 1994. 

  3. Y. K. Kim, Y. S. Jo, J. P. Hong, “Approach to the shape optimization of racetrack type high temperature superconducting magnet using response surface methodology”, Cryogenics, Vol.41, No. 1 PP.39-47, 2001. 

    상세보기 crossref

  4. G.S Choi, J..Y Lee, K.N Park, S.C Hahn,“Characteristic Analysis of High-Speed Interior Permanent Magnet Synchronous Motor.”, ICEMS2009. 

    crossref

  5. Box, G, E, P., Hunter, W. G. and Hunter, J. S., “Statistics for Experimenters” Wiley, New York, 2005. 

  6. Box, G, E, P. and Draper, N. R., “Empirical Model Building and Response Surfaces”, wiley, New York, 2002. 

  7. Wen L. Soong, Mesimi Ertugrul, “Field-Weakening Performance of Interior Permanent-Magnet Motors” IEEE Trans. on 1A, Vol.38, No.5, September 2002. 

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