The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.4
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pp.735-741
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2009
This paper presents an algorithm for the permanent magnet shape optimization of a large scale BLDC(Brushless DC) motor to minimize the cogging torque. A response surface method (RSM) using multiquadric radial basis function is employed to interpolate the objective function in design parameter space. In order to get a reasonable response surface with relatively small number of sampling data points, additional sampling points are added on the basis of design sensitivity analysis computed by using FEM. The algorithm has 2 stages: the first stage is to determine the PM arc angle, and the 2nd stage is to optimize the magnet pole shape. The developed algorithm is applied to a 5MW BLDC motor to get a minimum cogging torque. After 3 iterations with 4 design parameters, the cogging torque is reduced to 13.2% of the initial one.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.11B
no.2
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pp.1-8
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2001
This paper deals with magnetic field analysis and computation of cogging torque using an analytical method in Interior Permanent Magnet Motor (IPMM). The magnetic field is analyzed by solving space harmonics field analysis due to magnetizing and the cogging torque is analyzed by combining field analysis with relative permeance. In reducing cogging torque, the inferences of various design variable and magnetizing distribution are investigated. It is shown that the slot and pole ratio (the pole-arc / pole-pitch ratio) combination has a significant effect on the cogging torque and presents a optimal flux barrier shape to reduce the cogging torque. The validity of the proposed technique is confirmed with 2-D Finite Element(FE) analysis.
The non-contact permanent magnet gear has advantages of high efficiency and improved reliability. It has other advantages of no mechanical friction loss, very little noise and vibration, and no need for lubricant. With these advantages, the non-contact permanent magnet gear that solves the physical contact problem of the mechanical gear has drawn attention. Due to this unique non-contact characteristic, the non-contact permanent magnet gear which is capable of non-contact torque transmission has replaced mechanical gear. The mechanical gears which is in many fields of the modern industry, is used mostly for power transmitting mechanical devices. However, it also has the problem of a low torque density, which requires improvement. In this paper, a novel pole piece shape is proposed in order to improve the problem of low torque density of the non-contact permanent magnet gear. The experiment data required for predicting the relationships among them are obtained using finiteelement Operating method based on two-dimensional (2-D) numerical analysis. Therefore, this paper derived an optimal model for thenon-contact permanent magnet gear with the novel pole piece using the Box-Behnken design, and the validity of the optimal design of the proposed pole piece shape through variance analysis and regression analysis demonstrated. In this paper, we performed the thransfer torque analysis in order to improve the torque density and power density, we have performed on optimal design of proposed pole piece shape using box-behnken.
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.
this paper presents a rotor shape optimization of interior type permanent magnet (IPM) motor for vibration minimization. the vibration of permanent magnet motor is generated by cogging torque, radial force and commutation torque ripple which are electromagnetic source of vibration. In order to minimize the vibration, the optimal notches are put on the rotor pole face and the arc type pole face is applied. The variations of cogging torque and radial force of each model vibration frequency are computation by finite element method (FEM) and the validity of the analysis and rotor shape design is confirmed by vibration experiments.
Generally, the discontinuous armature permanent magnet linear synchronous motor (PM-LSM) is composed by the stator block (accelerator, re-accelerator, and decelerator) and the free running section. However, the stationary discontinuous armature design involves the velocity variation of the mover during drive when the armature's non-installation part changes over to installation part as a result of the outlet edge of the armature. Therefore, we considered deforming the shape of the outlet edge at the armature and apply skew on the permanent magnet by displacing the two magnet segments of each pole. This paper presents the results of a three-dimensional (3-D) numerical analysis with a finite element method (FEM) of the force exerted by the outlet edge.
A study on the multi-objective optimization of Interior Permanent-Magnet Synchronous Motors (IPMSMs) with 2, 3, 4 and 5 flux barriers per magnetic pole, based on Genetic Algorithm (GA) is presented by considering the aspect of irreversible demagnetization. Applying the 2004 Toyota Prius single-layer IPMSM as the reference machine, the asymmetrical two-, three-, four- and five-layer rotor models with the same amount of Permanent-Magnets (PMs) is presented to improve the torque characteristics, i.e., reducing the torque pulsation and increasing the average torque. A reduction of the torque pulsations is achieved by adopting different and asymmetrical flux barrier geometries in each magnetic pole of the rotor topology. The demagnetization performance in the PMs is considered as well as the motor performance; and analyzed by using finite element method (FEM) for verification of the optimal solutions.
The ferromagnetic pole piece of permanent magnet assembly for magnetic resonance imaging(MRI) is optimally designed to get high homogenious magnetic field, taking into account the non-linearity of the magnetic materials. In the design, the pole face is kept smooth and axis-symmetric by using B-spline parameterization, and nonlinear design sensitivity analysis is used for search direction.
We present the design optimization of the magnetic pole and slot design options that minimize the cogging torque of permanent-magnet (PM) brushless generators for small wind turbine generators. Most small wind-turbines use direct-driven PM generators which have the characteristics of low speed and high efficiency. Small wind-turbines are usually self-starting and require very simple controls. The cogging torque is an inherent characteristic of PM generators, and is mainly caused by the generator's geometry. The inherent the cogging torque can cause problems during turbine start-up and cut-in in order to start softly and to run a power generator even when there is little wind power during turbine start-up. Thus, to improve the operation of small turbines, it is important to minimize the cogging torque. To determine the effects of the cogging torque reductions, we adjust the slot opening width, slot skewing, mounting method of magnets, magnet shape, and the opening and combinations of different numbers of slots per pole. Of these different methods, we combine the methods and optimized the design variables for the most significant design options affecting the cogging torque. Finally, we apply to the target design model and compare FEA simulation and measured results to validate the design optimization.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.3
no.4
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pp.379-382
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2014
In this paper, the cogging torques were calculated for 1kw double-sided axial flux permanent magnet (AFPM) generator with different stator core pole arrangements. The generator is composed of 18 stator pole and 24 rotating field magnets on each side. The cogging torques of the generator with three types of arrangements of stator poles were calculated using 3D finite element method and the optimum core shape was determined to minimize the cogging torque.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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