This paper presents a wide-range speed control scheme of brushless DC (BLDC) motors based on a hall sensor with separated low- and normal-speed controllers. However, the use of the hall sensor signal is insufficient to detect motor speed in the low-speed region because of low sensor resolution and time delay. In the proposed method, a micro-stepping current control method according to the torque angle variation is presented. In this mode, the motor current frequency and rotating angle are determined by the reference speed without the actual speed fed by the hall sensor. The detected torque angle is used to adjust the current value in a limited band to control the current value in accordance with the load. The torque angle is detected exactly at the changing point of the hall sensor signal. The rotor can follow the rotating flux with the variable torque angle. In a normal speed range, the conventional vector control scheme is used to control the motor current with a PI speed controller using the hall sensor. The torque characteristics are analyzed on the basis of the back EMF and current shape. To adopt the vector control scheme, the continuous rotor position is estimated by the measured speed and hall sensor position. At the mode changing point between low and normal speed range, the proper initial current command and reference rotor position are calculated. The calculated current command can reduce the torque ripple during transient mode. The proposed method is simple but effective in extending the speed control range of a conventional BLDC motor with hall sensor without the need for a high-resolution encoder. The effectiveness of the proposed method is verified by various experiments on a practical BLDC motor.
In the preceding Part I study, for improving the unbalance response vibration of a large PRT motor-generator rotor fundamentally by design, a series of design analyses were carried out for bearing improvement by retrofitting from original plain partial journal bearings, applied for operation at a rated speed of 1,800 rpm, to final tilting pad journal bearings. To satisfy evenly key basic lubrication performances such as the minimum lift-off speed and maximum oil-film temperature, a design solution of 5-pad tilting pad journal bearings and maximizing the direct stiffness by about two times has been achieved. In this Part II study, a detailed rotordynamic analysis of the large PRT motor-generator rotor-bearing system will be performed, applying both the original plain partial journal bearings and the retrofitted tilting pad journal bearings, to confirm the effect of rotordynamic vibration improvement after retrofitting. The results show that the rotor unbalance response vibrations with the tilting pad journal bearings are greatly reduced by as much as about one ninth of those with the plain partial journal bearings. In addition, for the tilting pad journal bearings there exist no critical speed up to the rated speed and just one instance of a concerned critical speed around the rated speed, whereas for the plain partial journal bearings there exist one instance of a critical speed up to the rated speed and two instances of concerned critical speeds around the rated speed.
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.12
no.4
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pp.349-358
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2019
This paper aimed at collecting sensor signals to extract characteristic parameter of the rotor. A vibration test rig has been developed to perform model tests. Signal characteristics were analyzed when driving normally. Envelope FFT Analysis is used to extract vibration components caused by periodic impacts from other vibration factors. Signal analysis was performed when load changes were given to speed sensors and vibration test rigs that show low frequency characteristics of the rotor and signal analysis according to rotational speed. The acceleration signal measured in the bearing housing has a small amplitude and produces only the rotational frequency component and harmonic component of the motor. As the number of rotations increases, the amplitude of acceleration can be seen. As the rotational speed increases, it can be seen that there is a difference in the shape of the original data and compared with the acceleration FFT graph, it can be seen that the noise is strong at low frequencies and the corresponding rotational frequency components are clearly represented. It can be seen that changing the load does not increase the main rotational frequency component.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.12
no.4
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pp.48-55
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2008
In this paper, numerical analysis of the surface gas temperature on turbine blades has been performed to investigate the temperature profiles characteristics of a partial admission supersonic turbine driven by high temperature and pressure gas of pyro-starter with two different types of turbine blade edge shape. In order to examine the surface gas temperature on turbine blades at initial starting, computations tlave been carried out at several turbine rotational speeds in the range of $0{\sim}10,000$ rpm for each type of turbine edge shape. "Sharp" edge and "Round" edge types were taken as the turbine edge shape factor. As turbine rotational speed increased, the average temperature of turbine blades was further decreased. It was also found that the surface temperature of turbine blades with a sharp edge was lower than round-type edge turbine blades.
A gerotor pump is suitable for oil hydraulics of machine tools, automotive engines, compressors, constructions and other various applications. In particular the pump is an essential machine element that feeds lubricant oil in an automotive engine. The subject of this paper is the theoretical analysis of internal lobe pump whose the main components are the two rotors. Usually the outer one is characterized by lobes with a circular shape, while the inner rotor profile is determined as a conjugate to the other. For this reason the first topic presented here is the definition of the geometry of the rotors starting from the design parameters. The choice of these parameters is subject to some limitations in order to limit the pressure angle between the rotors. Now we will consider the design optimization. The first step is the determination of the instantaneous flow rate as a function of the design parameter. This allows us to calculate three performance indexes commonly used for the study of positive displacement pumps the flow rate irregularity, the specific flow rate, and the specific slipping. These indexes are used to optimize the design of the pump and to obtain the sets of optimum design parameter Results obtained from the analysis enable the designer and manufacturer of the oil pump to be more efficient in this field.
This paper presents the optimal permanent magnet shape on the rotor of an interior permanent magnet motor to reduce the core losses and improve the performance. As permanent magnet has conductivity inherently, it causes huge amount of eddy current losses by the slot harmonics with concentrated winding. This loss is roughly 100 times larger than that of distributed winding in high speed operation and it cannot be ignored, especially on traction motors. Each eddy current loss on permanent magnet has been investigated in detail by using FEM(Finite Element Method) instead of EMCNM(Equivalent Magnetic Circuit Network Method) in order to consider saturation and non-linear magnetic property. Simulation-based DOE(Design Of Experiment) is also applied to avoid large number of analyses according to each design parameter and consider expected interactions among parameters. Consequently, the optimal design to reduce the core loss on the permanent magnet while maintaining or improving motor performance is proposed by an optimization algorithm using regression equation derived and lastly, the core loss reduction on the proposed shape of the permanent magnet is verified by FEM.
Zullah, Mohammed Asid;Prasad, Deepak Divashkar;Choi, Young-Do;Lee, Young-Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.237.2-237.2
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2010
Although oscillating water column type wave energy devices are nearing the stage of commercial exploitation, there is still much to be learnt about many facets of their hydrodynamic performance. The techniques of Computational Fluid Dynamics (CFD) are applied to simulate a wave energy conversion device in free surface such as waves. This research uses the commercially available ANSYS CFX computational fluid dynamics flow solver to model a complete oscillating water column system with savonius turbine incorporated at the rear bottom of the OWC chamber in a three dimensional numerical wave tank. The purpose of the present study is to investigate the effect of an average wave condition on the performance and internal flow of a newly developed direct drive turbine (DDT) model for wave energy conversion numerically. The effects of blade angle and front lip shape on the hydrodynamic efficiency are investigated. The results indicated that the developed models are suitable to analyze the water flow characteristics both in the chamber and in the turbine. For the turbine, the numerical results of torque were compared for the all cases. The results of the testing have also illustrated that simple changes to the front wall aperture shape can provide marked improvements in the efficiency of energy capture for OWC type devices.
Park, Hyung-Il;Shin, Kyung-Hun;Yang, Hyun-Sup;Choi, Jang-Young
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.11
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pp.1806-1812
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2016
We propose an interior permanent magnet syhchronous motor (IPMSM) with arc-shape ferrite permanent magnets (PMs) as a substitute for the rare-earth permanent magnet, and determine its optimal design through parametric study. First, we use 2D finite element analysis to analyze 4-poles and 6-slots initial model according to performance requirements and design parameters. The current angle of the maximum average torque considered in the analysis is different compared with the current angle of the minimum torque ripple. Thus, the parametric study for optimal rotor design is performed by varying the thickness and the offset radius of the PMs according to current angle. In particular, a narrow bridge is required in conventional IPMSM for reducing flux leakage; however, the increase in cogging torque in the analysis model saturates the narrow bridge (large offset radius). Therefore, we suggest an appropriate shape considering limiting conditions such as DC link voltage, average torque, torque ripple, and cogging torque taking into account performance requirements.
Park, Young-Min;Kim, Yu-Shin;Chung, Jin-Deog;Lee, Jang-Yeon
Aerospace Engineering and Technology
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v.3
no.2
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pp.248-255
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2004
In this study, aerodynamic shape design of airfoils was performed by using RSM(response surface method) and two-dimensional Navier-Stokes solver. Numerical experiment points were determined by D-optimal method and quadratic response surfaces were constructed by using JMP. For the validations of design method, NACA 64621 airfoil was inversely designed to have aerodynamic characteristics of Bell airfoil. The design method was applied to the aerodynamic design of both smart UAV wing airfoil and low Reynolds rotor-blade airfoil for unmanned helicopter. The optimized airfoils showed improved performance with various constraint conditions.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.55
no.12
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pp.608-616
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2006
Recently, a switched reluctance motor is widely used in various industries because it has many advantages such as a simple structure, robustness, less maintenance, high torque/weight ratio, and easy speed control over other types of motors. However, a switched reluctance motor inherently produces acoustic noise and vibration caused by torque ripple. Applications of these motors where silent operation is desirable have thus been limited. In this paper, a new stator pole face having a non-uniform air-gap and a pole shoe attached to the lateral face of the rotor pole are suggested in order to minimize torque ripple. The effects of each design parameter are validated using a time-stepping finite element method. The parameters are optimized by utilizing response surface method (RSM) combined with (1+1) evolution strategy. The result shows that the optimized shape gives higher average torque and drastically reduced torque ripple.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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