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응력을 고려한 고속회전 전동기 자속장벽의 형상 최적설계
오세안(Seahn Oh),민승재(Seungjae Min),홍정표(Jung-pyo Hong) 한국자동차공학회 2012 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2012 No.5
An interior permanent magnet motor used in the high speed application has the mechanical problem in a flux barrier due to a centrifugal force. Since the shape of a flux barrier also has an influence to the magnetic performance, the design of a flux barrier should be performed considering both the magnetic and the mechanical performance. A material property is presented by the level set function with Heaviside function and the objective function is set to maximize an average torque under a maximum level of the stress constraint and a material usage. To obtain an optimum configuration, the level set boundaries are moved by a normal velocity from an optimality and convergence conditions and the augmented Lagrangian method is used to handle the nonlinear constraints. A design example shows that the proposed method can design the flux barrier effectively by considering both magnetic and mechanical performance.
토크 성능 향상을 위한 표면부착형 영구자석 전동기의 레벨셋 기반 영구자석 형상 최적설계
오세안(Seahn Oh),민승재(Seungjae Min),홍정표(Jung-pyo Hong) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2011 No.11
This paper presents the optimal shape of a permanent magnet in the surface-mounted permanent magnet motor using the level set based optimization method. In this method, the material property of the permanent magnet is expressed by level set function with Heaviside function. Since back electromotive force profile is the differential of the flux linkage with respect to the time, flux linkage profile is optimized to be a sinusoidal form to improve the torque performance. The optimization problem is formulated to minimize the difference of the target flux linkage and the flux linkage analyzed by magnetostatic finite element method. The time evolution equation is solved to obtain the optimal shape using the sensitivity of the objective function with respect to level set function. To confirm this method, 4 poles 6 slots surface-mounted permanent magnet motor is optimized and torque performance is improved.
토크 향상을 위한 매입형 영구자석 전동기 치와 요크의 형상최적설계
오세안(Seahn Oh),민승재(Seungjae Min),홍정표(Jung-Pyo Hong) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2011 No.5
Interior permanent magnet(IPM) motor has been widely used in the automotive industry and it needs high torque performance due to the limitation of the hybrid or electrical vehicle battery capacity. Torque can be improved by adjusting the tooth and yoke and it can be defined as shape optimization problem. Previous researches are restricted to the parametric optimization so that it cannot produce the innovative design. This paper proposes the optimal shape of tooth and yoke using level set-based optimization method since it provides flexibility to represent boundaries. The material properties of ferromagnetic material and coil current are defined by level set function with Heaviside function. The optimization problem is formulated to maximize the torque under the material usage constraint and the shape boundaries are moved by the normal velocity derived from the optimality condition. To validate the proposed method, it is applied to the traction motor design of the hybrid vehicle and produced the innovative configuration.
레벨셋법과 페이즈 필드 모델을 이용한 가동코일형 리니어 액추에이터 최적설계
임성훈(Sunghoon Lim),오세안(Seahn Oh),민승재(Seungjae Min),홍정표(Jung-Pyo Hong) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集A Vol.35 No.10
가동코일형 리니어 액추에이터는 다른 형식의 액추에이터에 비해 구조가 간단하고 제어가 용이하여 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 본 연구에서는 리니어 액추에이터의 가동 특성을 향상시키기 위해 가동자의 모든 동작점에서의 추력을 반영한 목적 함수를 구성하고 최적설계 문제를 정식화하였다. 명확한 형상표현을 위해 레벨셋 함수를 설계변수로 설정하여 최적설계를 진행하고 성능과 생산성을 동시에 만족하는 액추에이터를 설계하기 위해 페이즈 필드 모델의 개념을 최적설계에 적용하여 최종형상의 단순화를 고려하였다. 제안한 기법의 효용성을 확인하기 위해 액추에이터 진동과 소음의 원인인 추력의 변동폭을 최소화하기 위한 코어 설계를 수행하여 추력의 변동을 감소시킬 수 있는 최적 형상을 제시하였고 복잡도 계수에 의한 최종 형상의 단순화도 확인하였다. A moving-coil type linear actuator has been widely used in the system reciprocating short stroke because of its several advantages, such as the structural simplicity, low weight and a fast control response speed. This paper presents a design approach for improving the actuating performance with a clear expression of optimal configuration represented by a level set function. The optimization problem is formulated to minimize the variation of magnetic force at every moving displacement of the mover for fast and easy control. To consider the manufacturability of actuator, the concept of phase-field model is incorporated to control the complexity of structural boundaries. To verify the usefulness of the proposed method, the core design example of cylindrical linear actuator is performed.
레벨셋법과 페이즈 필드 모델을 이용한 가동코일형 리니어 액추에이터 최적설계
임성훈(Sunghoon Lim),오세안(Seahn Oh),민승재(Seungjae Min),홍정표(Jung-Pyo Hong) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.4
가동코일형 리니어 액추에이터는 다른 형식의 액추에이터에 비해 구조가 간단하고 제어가 용이하여 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 본 연구에서는 리니어 액추에이터의 가동 특성을 향상시키기 위해 가동자의 모든 동작점에서의 추력을 반영한 목적 함수를 구성하고 최적설계 문제를 정식화하여 최적화룰 수행하였다. 또한, 최종형상의 명확한 추출을 위해 레벨셋 함수를 설계변수로 설정하여 최적설계를 진행하고 성능과 생산성을 동시에 만족하는 액추에이터를 설계하기 위해 페이즈 필드 모델의 개념을 최적설계에 적용하여 최종형상의 단순화를 고려하였다. 제안한 기법의 효용성을 확인하기 위해 액추에이터 진동과 소음의 원인인 추력의 변동폭을 최소화하기 위한 코어 설계를 수행하여 추력의 변동을 감소시킬 수 있는 최적 형상을 제시하였고 복잡도 계수에 의한 최종 형상의 단순화도 확인하였다. A moving-coil type linear actuator has been widely used in the system reciprocating short stroke because of its several advantages, such as the structural simplicity, low weight and a fast control response speed. This paper presents a design approach for improving the actuating performance with a clear expression of optimal configuration represented by a level set function. The optimization problem is formulated to minimize the variation of magnetic force at every moving displacement of the mover for fast and easy control. To consider the manufacturability of actuator, the concept of phase-field model is incorporated to control the complexity of structural boundaries. To verify the usefulness of the proposed method, the core design example of cylindrical linear actuator is performed.