초소형 전기차량 구동용 매입형 영구자석 전동기 특성 해석 및 최적 설계 :

이재길

추천

검색

자료유형: 학위논문

저자정보: 이재길 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도: 2020

저작권: 서울대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수26

이 논문의 연구 히스토리 (6)

2020

회전자 오버행을 갖는 영구자석 전동기의 특성 근사 해석

이재길 , 김래은 , 서정무 외 1명 대한전기학회 학술대회 논문집 2020.07 학술대회자료

초소형 전기차량 구동용 매입형 영구자석 전동기 특성 해석 및 최적 설계

이재길 전기·정보공학부 2020.01 학위논문

2018

협업 로봇 관절 구동 표면부착형 영구자석 전동기 고출력밀도 설계

이재길 , 김태근 , 박창우 외 4명 대한전기학회 학술대회 논문집 2018.04 학술대회자료

2017

로봇 관절 구동용 표면부착형 영구자석 전동기 설계

이재길 , 김태근 , 박창우 외 3명 대한전기학회 학술대회 논문집 2017.07 학술대회자료

2016

설계변수의 불확실성을 고려한 영구자석 전동기의 코깅토크 강건 최적화

이재길 , 정상용 , 정현교 대한전기학회 학술대회 논문집 2016.03 학술대회자료

2015

매입형 영구자석 전동기의 코깅토크 저감 최적 설계

이재길 , 정상용 , 정현교 대한전기학회 학술대회 논문집 2015.10 학술대회자료

이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
이 논문의 연구 히스토리 확인하기

초록· 키워드

오류제보하기

본 논문에서는 초소형 전기자동차 (micro mobility) 구동을 위한 매입형 영구자석 동기전동기 (interior permanent magnet synchronous motor : IPMSM)의 특성 해석 기법과 최적 설계 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 시험용 축소 전동기의 제작 및 시험을 통하여 타당성과 정확성을 검증하였다.
본 연구에서는 초소형 전기차량 구동용 전동기의 넓은 운전영역과 고토크밀도 성능을 만족시키기에 적합한 IPMSM을 전동기 타입으로 결정하였다. 특히 제작성이 우수하고 자기저항 토크 증가, 우수한 역기전력의 THD (total harmonic distortion) 및 토크 리플 설계에 유리한 다층 매입형 회전자 구조를 선정하였다.
다층 매입형 회전자 구조의 IPMSM은 일반적으로 높은 자기포화도로 동작한다. 또한 자석 매입형상, 자속 장벽형상 등 설계 자유도가 매우 높기 때문에 설계 시 요구되는 해석량이 매우 많다. 따라서 본 논문에서는 초기 설계 단계에서 다양한 설계변수에 대한 IPMSM의 특성을 빠르고 정확하게 해석하기 위한 비선형 자기등가회로(magnetic equivalent circuit: MEC) 방법을 제안하였다. 제안한 비선형 MEC 방법은 무부하 시 뿐만 아니라, 고정자의 전류가 인가된 부하 특성 해석 시에도 자기포화 현상을 고려하여 정확도와 활용도를 높였다.
다음으로 초소형 전기차량 구동용 IPMSM의 다양한 성능 요구 조건을 만족하는 최적 설계를 효과적으로 수행하기 위해, 대리모델을 이용한 멀티모덜(multimodal) 최적화 알고리즘을 제안하였다. 제안한 알고리즘은 크리깅 기법을 이용한 대리 모델을 기반으로 구현하였고, 설계 공간을 효과적으로 탐색하기 위해 세 가지 다른 샘플링 방법을 각 반복 루틴마다 변화하게 적용하는 적응형 샘플링 (adaptive sampling) 기법을 활용하였다. 제안된 알고리즘은 수학적 테스트 함수에서 최근에 개발된 다른 알고리즘과의 성능 비교를 통해 유효성을 검증하였다.
또한, 앞서 제안한 해석 기법 및 최적 설계 기법을 타당성을 검증하기 위하여, 초소형 전기차량 구동용 IPMSM의 요구 조건 산정을 수행한 후, 가용한 시험 환경을 고려한 축소 전동기의 설계를 수행하였다. 먼저, 초소형 전기차량의 주행속도 및 등판능력을 고려하여 IPMSM의 설계 용량을 산정하고, 시험 가능한 조건에 맞게 토크 축소 모델의 용량을 산정하여 시험용 IPMSM의 설계를 진행하였다. 설계과정에서는 제안한 비선형 MEC를 이용한 초기 설계와 제안한 최적화 알고리즘을 이용한 최적 설계안을 활용하여 설계안을 도출하였다.
마지막으로, 축소 설계된 시험용 IPMSM을 제작하고 무부하 시험 및 다양한 운전점에서 부하시험을 수행하여 본 연구에서 제안한 해석 기법과 최적 설계 기법의 타당성을 검증하였다.

In this paper, characteristic analysis and an optimal design method for an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) for driving micro mobility are proposed. The validity and accuracy of the proposed method are verified through the fabrication and test of the test motor.
In this study, IPMSM is selected as the motor type to satisfy the wide operating range and high-torque-density performance of the traction motor for micro mobility. In particular, a multi-segmented and multi-layered (MSML) rotor structure is chosen, which has advantages in ease of manufacture, high reluctance torque, total harmonic distortion (THD) of back-EMF, and torque ripple.
In general, iron core in MSML-IPMSM operates with high degree of magnetic saturation. In addition, the design flexibility such as the topology of embedded magnets and the magnetic flux barrier is very high, so the amount of analysis required for design is very high. Therefore, a nonlinear magnetic equivalent circuit (MEC) method is proposed to rapidly and accurately analyze the characteristics of IPMSM considering various design variables in the initial design stage. The proposed nonlinear MEC method improves accuracy and utilization by considering magnetic saturation not only at no-load condition but also when analyzing the load characteristics with armature excitation.
Next, we proposed a multimodal optimization algorithm using a surrogate model to effectively perform the optimal design that satisfies the various performance requirements of the IPMSM. The proposed algorithm is based on a surrogate model using a kriging technique, and employs an adaptive sampling strategy which applies three different sampling methods to each iteration routine to effectively search the design space. The proposed algorithm is validated by comparing the performance with other recently developed algorithms by mathematical test functions.
In addition, the designs of IPMSM for driving a micro mobility and a scaled down motor for the test were carried out. Firstly, the design capability characteristics of the IPMSM was calculated in consideration of the driving load of the micro mobility, and the design of the scaled down model was derived according to the available experimental environment. In the design process, the initial design using the nonlinear MEC proposed in this study was performed, and the optimal design using the proposed optimization algorithm was derived.
Finally, in order to verify the validity of the proposed analysis method and the optimal design method, a prototype of the IPMSM was fabricated and tested at various operating points.

#대리 모델 (surrogate model) #매입형 영구자석 동기전동기(interior permanent magnet synchronous motor) #멀티 모달 최적화(multimodal optimization) #유한요소법(finite element method) #자기등가회로(magnetic equivalent circuit) #초소형 전기자동차(micro mobility)

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 필요성 1
1.2 논문 구성 9
제 2 장 IPMSM 비선형 MEC　해석 기법 11
2.1 기존의 해석 기법 및 이론 11
2.1.1 MEC 해석의 기초 12
2.1.2 MEC를 이용한 전동기 모델링 20
2.1.3 전동기의 정상상태 특성 해석 28
2.2 제안한 IPMSM 비선형 MEC 해석 기법 32
2.2.1 해석 대상 IPMSM 모델 33
2.2.2 개선된 MEC 무부하 해석 35
2.2.3 비선형 MEC 부하 해석 49
제 3 장 대리모델을 이용한 멀티모덜 최적화 알고리즘 67
3.1 기존의 멀티모덜 최적화 알고리즘 69
3.2 제안한 멀티모덜 최적화 알고리즘 71
3.2.1 알고리즘의 구현 71
3.2.2 시험함수를 이용한 알고리즘의 성능 검증 81
제 4 장 초소형 전기차량 구동용 및 시험용 IPMSM 설계 86
4.1 초소형 전기차량 구동용 IPMSM 요구 조건 산정 86
4.2 시험용 축소 IPMSM 요구 조건 산정 92
4.3 단계적 전동기 설계 전략 98
4.4 MEC를 이용한 초기 설계 99
4.5 FEM을 이용한 상세 설계 105
4.6 최적화 알고리즘을 이용한 최적 설계 121
제 5 장 시험용 IPMSM 제작 및 시험 129
5.1 시험용 IPMSM 제작 129
5.2 시험용 IPMSM 시험 131
제 6 장 결론 및 향후 연구 계획 137
6.1 결론 137
6.2 향후 연구 138
참고문헌 139
Abstract 149

최근 본 자료

전체보기

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

이 논문의 연구 히스토리 (6)

초록· 키워드

목차

최근 본 자료

댓글(0)