International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.3
no.3
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pp.62-68
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2002
To satisfy the requirement of the one axis linear positioning system, which is following control of the desired trajectory without following error and is the high positioning accuracy, feed-forward loop having cogging force model is proposed. In the one axis linear positioning system with linear PM motor, cogging force acting as disturbance is modeled analytically. Analytic model of cogging force is verified by result measured from positioning system constructed with linear PM motor. Measured result is very similar with proposed analytic model. Cogging force model is used as feet forward loop in control scheme of linear positioning system. Cogging force feed-forward'loop is obtained from analytic model of cogging farce. Trajectory following error is reduced from 300nm to 100nm by applying the proposed cogging farce feed-forward loop. By using analytic model of cogging force, the control scheme is simplified. Also this analytic model is applicable to calculation of characteristic value of positioning system in design process.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.2
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pp.235-243
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1998
For motor operation at low speeds and loads, torque pulsation by the cogging torque is often a source of vibration and control difficulty. In this paper, the magnetic field of a motor is calculated by finite element method. The periodic cogging torque is determined using Maxwell stress method and time stepping method, and then decomposed using fourier series expansion, The purpose of this paper is to characterize design parameters on the cogging torque and to design a permanent magnet motor with a cogging torque less vulnerable to vibration, without sacrificing the motor performance. The design parameters include stator slot width, permanent magnet slot width, airgap length and magnetization direction. A new design with a less populated frequency spectrum of the cogging torque is proposed after characterizing individual effect of design parameters. Magnet pole edge shaping, by gradually increasing the cogging torque with reduced higher harmonics.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.3
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pp.375-383
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2008
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.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.3
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pp.106-114
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1998
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.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.51
no.1
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pp.1-6
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2002
Cogging torque is often a principal source of vibration and acoustic noise in high precision spindle motor applications. In this paper, cogging torque is analytically calculated using energy method to show that Fourier spectra of airgap permeance function and airgap MMF function are the most important design parameters to control cogging torque. To control these functions, stator pole shoe pairing and magnet arc design are proposed to minimize cogging torque. As for optimization technique, genetic algorithm is applied to handle trade-off effects of design parameters. Results show that the proposed method can reduce the cogging torque effectively.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.5
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pp.222-230
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2005
This paper deals with the reduction of cogging torque of a outer-rotor type BLDC motor mainly used for washing machines. The motor comprises permanent magnet outer-rotor and stator with coils and core. This structure inherently produces vibration and cogging torque because of uneven reluctance according to rotation of the rotor. Up to now, adopted a type of 24 magnet pole and 36 slot-stator. This generates high main torque but accompanies comparatively large cogging torque. This paper proposes a 32-pole 36-slot type motor which reduces cogging torque remarkably. The influence of cogging torque is varied according to pole-slot combinations. The characteristic of the motor was obtained by a two-dimensional finite element method coupled with a drive circuit. The performance of the proposed model is superior to that of the existing model because of the reduction of torque ripple and the improvement of back ernf wave form.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.10
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pp.1923-1929
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2009
The design of SPMSM(surface mounted permanent magnet synchronous motor) has been performed to reduce cogging torque and torque ripples. In general, cogging torque and torque ripples are affected by the shapes of teeth width, yoke depth, magnet pole arc, etc. Particularly, the minimum design point of cogging torque and torque ripples are different so that the design of SPMSM should be done to compromise both of them for precision application. In this paper, the design of PMSM for EPS(electric power steering) system is performed to verify the validity, and the design characteristics versus teeth width, yoke depth, and magnet pole arc are investigated in order to find out the minimum point of cogging torque and torque ripples. In addition, skew of PM is applied for cogging torque reduction.
Permanent magnet flux switching motor (PMFSM) is a novel double salient machine which employs PMs instead of field winding for excitation. PMFSM contains only one set of armature winding, thereby features simple control strategy, low cost power inverter and substantial high efficiency. Due to the unique double salient structure and operation principle, the generated cogging torque in PMFSM is critical and quite different compared to the traditional PM machines. This paper presents and investigates various design techniques for reducing cogging torque in PMFSM. Firstly, an analytical model is proposed to study the influence of different methods on cogging torque. Then the optimal design parameters for minimizing cogging torque are determined by the analytical model, which significantly reduces the computational efforts. At last, the cogging torque with different design approaches are simulated by FEA along with the average output electromagnetic torque, which validates the analysis above.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.48
no.3
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pp.97-103
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1999
This paper investigates reduction of acoustic noise and cogging torque in a BLDC motor with larger stator slot open width. Using energy method, cogging torque is analytically determined with airgap MMF function and airgap permeance function and confirmed by FEM analysis. It shows that the cogging torque is firstly governed by NL GNL BNL with the fundamental period of NL, where NL is the least common multiple of the number of slots and the number of poles, GNL, airgap permeance function and BNL, airgap MMF function. It also shows that there exist several tooth width which minimizes the cogging torque, for the motors that smaller slot open width or stator teeth notching is not available. And it proposes a teeth pairing with two different tooth width which can effectively eliminate the cogging torque and thus the acoustic noise. Experimental results show that the proposed teeth pairing reduces the cogging torque by 85% and the acoustic noise by 3.1dB.
Cogging Torque is induced by the magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnet(PM) and the stator teeth. This torque is an unwanted effect causing shaft vibration, noises, metal fatigues and increased stator length. A variety of techniques exist to reduce the cogging torque of PM generator. Even though the cogging torque can be vanished by skewing the stator slots by one slot pitch or rotor magnets, manufacturing cost becomes high due to the complicated structure and increased material costs. This paper introduces a new cogging torque reduction technique for PM generators that adjusts the azimuthal positions of the magnets along the circumference. A 900 kW class PMSG model is simulated using a three dimensional finite element method and the resulting cogging torques is analyzed using the Maxwell tensor stress tensor. Using the 3D simulation, the end contribution of the cogging torque is accurately calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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