매입형 영구자석형 동기전동기의 메타모델 기반 최적 설계

김세은,김대한,이기행,양윤진,유용민 국제차세대융합기술학회 2023 차세대융합기술학회논문지 Vol.7 No.10

전기를 동력으로 사용하는 구동 시스템은 탑재된 배터리를 활용하기 때문에 구동용 전동기의 성능을 향 상시키는 것이 중요하다. 고출력 및 고효율의 특성을 필요로 하는 분야에서는 주로 영구자석형 동기전동기가 사용 되고 있으며, 최근에는 평각동선을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 구동용 전동기의 성능 향상을 목표로 평각동선이 적용된 영구자석형 동기전동기에 대한 연구를 수행하였다. 목적 함수는 역기전력 의 고조파 왜형률을 최소화하는 것이며, 제약 조건은 평균 토크, 토크 리플, 선간 전압으로 설정하였다. 민감도 분 석을 통해 유의한 설계 변수를 선정하고, OLHD (Optimal Latin Hypercube Design) 샘플링 기법을 활용하여 실 험계획을 수행하였다. 11개의 메타모델링 기법과 RMSE Test (Root Mean Square Error Test)를 통해 정확도가 가장 높은 메타모델을 STDQAO (Sequential Two-point Diagonal Quadratic Approximate Optimization) 알고 리즘 및 HMA (Hybrid Metaheuristic Algorithm) 알고리즘과 결합하여 최적점을 도출하였으며, 각 최적점에 대 한 유한요소해석을 통해 메타모델 기반 최적 설계의 타당성을 검증하였다. 결과적으로 본 연구에서는 영구자석형 동기전동기의 메타모델 기반 형상 최적 설계를 통해 제약 조건을 만족하면서 목적 함수인 역기전력의 고조파 왜 형률의 최소화가 가능함을 알 수 있었으며, 제안하는 메타모델 기반 최적 설계기법이 친환경차 구동모터의 성능 향상에 유용함을 확인하였다. A drive system powered by electricity relies on its on-board batteries. Therefore, it is important to improve the performance of the traction motor. Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) have been predominantly used in fields that require high power density and high efficiency characteristics. Recently, research using the hairpin winding with rectangular wire has been actively conducted. Therefore, a study on the PMSM with rectangular wire for improving the performance of the traction motor is conducted. The objective function is to minimize the total harmonic distortion (THD) of the Back-EMF. The average torque, torque ripple, and line-to-line voltage are set as constraints. Sensitivity analysis is conducted to select significant parameters. The design of experiments is performed using the optimal latin hypercube design (OLHD) technique. Using 11 metamodeling techniques and root mean square error test (RMSE Test), the metamodel with the highest accuracy is combined with the sequential two-point diagonal quadratic approximate optimization (STDQAO) algorithm and hybrid metaheuristic algorithm (HMA) to derive the optimal point. Finally, the validity of the optimal design based on the metamodel is verified through the finite element analysis (FEA) for each optimal point.

철도차량용 영구자석 동기전동기의 열해석 기법 연구

박찬배(Chan-Bae Park),이형우(Hyung-Woo Lee),김재희(Jae-Hee Kim),이준호(Jun-Ho Lee),이병송(Byung-Song Lee) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

본 논문에서는 철도차량 추진용 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)의 운전 중 열 발생 특성 분석을 위한 열해석 기법 연구를 수행하였다. IPMSM의 구동 중에 권선, 코어, 영구자석에서 발생되는 과도한 열은 IPMSM의 장시간 연속운전을 어렵게 만들기 때문에, IPMSM에서 발생된 열의 효율적인 냉각이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 IPMSM의 냉각장치 적용을 위한 선행 연구로써 IPMSM 의 열 발생 특성분석을 위하여 IPMSM의 각 구성품에 대한 열전달 계수를 도출하고, 열 등가회로를 구성하여 열해석을 수행하는 열해석 기법 연구를 수행하였다. 또한 IPMSM 실 모델의 열 실험 데이터와의 비교를 통한 열해석 기법의 유효성 검증을 수행하였다. In this paper, research on thermal analysis method is conducted for the characterization of heat generation during operation of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) for railway vehicles. Efficient cooling of the heat generated in the IPMSM is important because the excessive heat generated from the winding, core and permanent magnet makes it harder for a long time continuous operation of IPMSM. Therefore, in order to analyze the heat generation characteristics of the IPMSM as advanced research for application the IPMSM to the cooling device, the heat transfer coefficients for each component of the IPMSM were derived and the thermal equivalent circuit was configured to perform the thermal analysis in this study. Finally, the validation of the suggested thermal analysis method was performed through the comparison with the heat experimental data of IPMSM prototype.

듀얼 클러치 변속기용 탈 희토류 영구자석 동기전동기 설계

박권일(Kwon-Il Park),정영훈(Young-Hoon Jung),임명섭(Myung-Seop Lim),홍정표(Jung-Pyo Hong) 한국자동차공학회 2016 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2016 No.5

Rare earth Permanent Magnet (PM) has been widely used in the electric motor due to the high magnetic flux density. However, minimizing the use of rare-earth permanent magnet in the electric motor is needed because of the limited supply and price fluctuation of rare-earth permanent magnets. In this paper, a method is suggested to replace the Surfaced-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor (SPMSM) using neodymium magnet with Concentrated Flux Synchronous Motor (CFSM) using the ferrite magnet as keeping the same performance. To achieve this, various design parameters such as the width of PM, the thickness of PM, fastening part are adjusted. In result, although a 47% in volume increases compared to SPMSM, electrical characteristic under the same load condition is similar and the torque ripple has been reduced by 7%.

항공기용 영구자석 동기전동기 고장진단의 기술 동향 및 분석

김민우,고상호 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.6

Recently, the technology of aircraft drivers has been transitioning from the existing hydraulically-focused mechanical system to an all-electric one due to the high precision and ease of maintenance of electric drivers. Consequently, the failure of an aircraft's electric motor can have fatal consequences. To ensure aircraft safety, efficient and timely fault diagnosis methods are required prompting the active pursuit of research into fault diagnosis technology. This paper introduces and analyses the failure types and failure diagnosis technology trends of permanent magnet synchronous motors among electric motors. 최근 항공기용 구동기는 전기식 구동기의 높은 정밀도 및 유지관리의 용이성 등으로 인해 기존 유압 중심의 기계시스템에서 전기구동 중심(More/All Electric)으로 기술이 변화하고 있다. 따라서 항공기의 전기 전동기 고장은 치명적인 결함을 넘어 인명피해로도 이어질 수 있다. 전기 전동기의 고장진단은 항공기의 안전성을 보장하는데 필수적인 요소이다. 이에 따라 효율적이고 적절한 고장진단이 요구되며 이러한 고장진단 기술 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 전기 전동기 중 영구자석 동기전동기의 고장 유형과 고장진단 기술 동향에 대해 소개하고 분석한다.

제어기설계를 위한 영구자석형 동기전동기의 파라미터 측정

정영석 한국동력기계공학회 2022 동력시스템공학회지 Vol.26 No.3

전기구동시스템의 우수한 성능을 위해서는 비교적 정확한 전기모터의 파라미터가 필요하다. 일반적으로 전기구동시스템은 전류(토크)제어, 속도제어, 위치제어로 이루어지며 이들 제어기의 이득은 모터 파라미터에 기반하여 설계된다. 모터의 파라미터를 추정하기 위해 영구자석형 동기전동기에 대한 실험을 수행하였다. 측정 시간을 단축하기 위해 기존 연구에서 사용한 방법 중에서 불필요한 부분을 제거하고도 정확한 측정이 이루어 짐을 확인하였다. 기존방식의 1.4초의 측정시간이 제안한 방식에서는 0.325초로 감소하였으며, 제안한 방식의 유효성은 실험을 통해 검증한다.

전기추진선박용 영구자석 동기전동기의 회전자 형상에 따른 특성 분석

이주형,신경훈,성소영,박정형,김창우,최장영 한국자기학회 2023 韓國磁氣學會誌 Vol.33 No.5

본 논문은 전기추진선박용 M W급 영구자석 동기전동기의 회전자 형상에 따른 전자기, 운전 특성 및 기계적 특성 해석 결과를제시 및 비교한다. 전자기 및 기계적 특성 해석은 동일한 제한 조건 및 요구 조건에서 표면부착형, Bar 타입 매입형, V 타입 매입형 회전자 형상에 따라 수행되었다. 본 논문에서 제시된 결과로부터 전기추진선박에 적합한 영구자석 동기전동기의 회전자 형상을 제안한다.

영구자석 매입형 동기 릴럭턴스 전동기의 손실 저감을 위한 방향성 강판 적용 설계

위창현(Chang-Hyun Wi),임동국(Dong-Kuk Lim) 한국자기학회 2021 韓國磁氣學會誌 Vol.31 No.6

In this article, the Permanent Magnet-Assisted Synchronous Reluctance Motor (PMa-SynRM) with application of grain-oriented electrical steel (GO) is proposed for electric vehicles (EVs). Because the GO has strong magnetic performance on the rolling direction, the GO is applied partially in the stator of PMa-SynRM. By applying GO, the performance at no-load condition and load condition are increased simultaneously. Especially, the average torque increased 3.24% and the iron loss at no-load condition and load condition decreased by 13.03% and 11.17%, respectively. Finally, by reducing the stack length in proportion to the increased torque, the iron loss at no-load condition decreased by 15.85%.

12-Slot 10-Pole 분수 슬롯을 갖는 영구자석 동기 전동기의 고정자 권선 방법에 따른 철손 특성 해석

김태형(Tae Heoung Kim) 한국자기학회 2018 韓國磁氣學會誌 Vol.28 No.1

A fractional-slot permanent magnet synchronous motor under 180 degree sinusoidal current can be adopted for the electric power steering system of hybrid and electric vehicles. This motor has various stator winding methods such as double-layer and single-layer for its purpose. In this paper, we investigate the iron losses characteristic of the permanent magnet synchronous motor according to the various winding methods. To get the accurate hysteresis and eddy-current losses, we consider the time harmonics of the instantaneous flux density using finite element method. From the analysis results, we know that the most of the iron losses are generated in the stator and the stator teeth shoe part has the highest iron losses density because of its rotating magnetic flux. Under the light and the rated load, the single-layer has less iron losses compared to the double-layer. However, as the load increases, the iron losses in the singlelayer rapidly become larger. This is because the magnetic circuits are saturated.

d축 전류를 이용한 영구자석형 동기전동기의 영구자석 온도 추정

진창성(Chang-Sung Jin) 한국철도학회 2020 한국철도학회논문집 Vol.23 No.2

확장칼만필터 및 다중모델 기반 영구자석 동기전동기 권선 개방 고장의 검출 및 분류

김민우(Minwoo Kim),박준형(Junhyeong Park),고상호(Sangho Ko) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회지 Vol.17 No.6

Open-phase fault in a Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) occurs due to disconnection of phases of motor windings or inverter switch failures. When an open-phase occurs, it leads to the generation of torque ripples and vibrations in the motor, which can have a critical impact on the safety of the vehicle (including aircraft) using a PMSM as an actuator. Therefore, rapid fault detection and classification are essential. This paper proposes a classification method for detecting open-phase faults and locating fault positions in a PMSM used in aircraft applications. The proposed approach uses an Extended Kalman Filter for fault diagnosis, and it subsequently classifies faults using a Multiple Model filter.