Although pretty methods have been proposed to reduce torque ripple, they generally suffer from the decreased torque density. This paper will investigate the spoke-type interior permanent magnet (IPM) machine with shaping methods, including the sinusoidal (SIN), the inverse cosine (ICS), the sinusoidal with third harmonic (SIN+3rd), and the inverse cosine with third harmonic (ICS+3rd). In order to obtain low torque ripple and high torque density, the shaping method applied in rotor and stator at the same time, termed as the dual-shaping method, is proposed. This method is analytically derived and further confirmed by finite element method (FEM). It turns out that the ICS and ICS+3rd shaping methods are more suitable for outer rotors, while the SIN and the SIN+3rd shaping method should be used in inner stators. The original machine, the singular shaped machines and the dual-shaped machines on electromagnetic performances are compared for evaluation. The results verify that the dual-shaping method can improve torque density, whilst reducing torque ripple.
The objective of this paper is to present a new input torque shaping method for slewing and vibration suppression of flexible structure based on Fourier series expansion. Vibration energy of the structure with shaped control input is investigated with respect to the shaping parameter of the reference torque, maneuver time and the number of trigonometric functions to be included in the series. Analytic expressions of the performance indices and their derivatives are derived in the modal coordinates. Numerical results show the effectiveness of the proposed approach to design the open-loop control law that modifies the shape of input torque for simultaneous slewing and vibration suppression.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.5B
no.4
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pp.337-342
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2005
Direct torque control (DTC) was originally developed for induction machine drives, and, more recently has been applied to permanent magnet brushless AC (BLAC) drives. In this paper, the performance of DTC controlled brushless DC (BLDC) drives is compared with that of PWM current controlled BLDC drives, both with and without current shaping. Both simulation and experimental results are presented, as well as the analysis of the resulting torque waveforms. It is shown that, in addition to exhibiting a fast torque response, a DTC controlled BLDC drive has a significantly lower low-frequency torque ripple than the PWM current controlled BLDC drive without current shaping, and that it is easier to implement than PWM current control with current shaping.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.4
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pp.39-46
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1998
For permanent magnet brushless DC motors used for high speed fuel pumps, torque ripple is an important origin of vibration, acoustic noise and speed fluctuation. In this paper, the output torque profile of a PM motor with one phase energized is decomposed into the commutation torque, the reluctance torque and the armature reaction torque according to their source origins. It verifies that the output torque profile is qualitatively equivalent to the BEMF profile for low reluctance motors. This paper discusses the effect of magnet pole shaping and magnet arc length on the output torque and torque ripple. A magnet edge shaping is proposed to design a trapezoidal BEMF motor without torque ripple, with minimal sacrifice of the maximum output torque.
In this paper, the optimal torque shaping is obtained for 3-axis rotation of a spacecraft. The true optimal 3-axis rotation of rigid spaeraft is first investigated via parameter optimization method with prescribed switching times. Input torque shape of the troque generating device mounted on the central hub is optimized using fourier Series expansion so that the spacecraft may slew while minimizing the vibration energy of flexible modes. Numerical results show that proposed method suggests a reference trahectory for open-loop control, and also verify that it can minimize the vibratory modes of the spacecraft during/after the rest-to-rest maneuver.
Although the power density in Double Stator Switched Reluctance Motor (DSSRM) has been improved, the torque ripple is still very high. So, it is important to reduce the torque ripple for specific applications such as Electric Vehicles (EVs). In This paper, an effective rotor shaping optimization technique for torque ripple reduction of DSSRM is presented. This method leads to the lower torque pulsation without significant reduction in the average torque. The method is based on shape optimization of the rotor using Finite Element Method and Taguchi's optimization method for rotor reshaping for redistribution of the flux so that the phase inductance profile has smoother variation as the rotor poles move into alignment with excited stator poles. To check on new design robustness, mechanical analysis was used to evaluate structural conformity against local electromagnetic forces which cause vibration and deformation. The results show that this shape optimization technique has profound effect on the torque ripple reduction.
Recently, applications of the reluctance torque motor have been quite limited due to their inherent limitation of noise and vibration and thus, researches on the reluctance motor have been limited as well. However, with the tremendous increase in the cost of rare earth material magnets, studies of the reluctance torque motor are being conducted more and more. In principle, reluctance torque is generated when the inductance is changed. Therefore, in order to generate continuous torque in the switched reluctance motor, it is necessary to figure out the exact inductance level corresponding to the rotor position and the current level to be applied in that rotor position, respectively. If the current level or the rotor position is not accurately determined, then the generated reluctance torque becomes unstable and undesirable torque ripples prevail to eventually cause noise and vibrations. In this research, a flux switched reluctance motor (FSRM), which is classified into the switched reluctance motor (SRM), was studied. A methodology using the current shaping control according to the rotor position was proposed. Based on the proposed methodology, the optimal current waveform and the torque distribution function for the FSRM to minimize torque ripple was established and demonstrated in this paper.
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.
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 Power Electronics
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v.3
no.1
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pp.46-52
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1998
This paper describes a current-shaping method for the production of constant torque of SRM under the nonlinear magnetic saturation condition. A current detection technique in the inductance increasing region and an approximation technique for modeling of nonlinear inductance profile are adopted. In the proposed system, a single switching angle control and voltage control is used to shape the current waveform for the generation of flat torque at any given load condition. Finally the validity of the proposed method was verified using a constructed 3HP 6/4 SRM.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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