Surface-mounted Permanent Magnet (SPM) Motor 최적설계

설계 대상
설계요구사항
  • 성능 향상
    – Cogging torque
    – Torque ripple
  • 성능 조건 만족
    – PM volume
    – Average torque
설계 문제 정식화
  • 설계변수
    – 8° ≤ X1 ≤ 18°
    – 15° ≤ X2 ≤ 30°
  • 목적함수
    – 최소화 Cogging torque
    – 최소화 Torque ripple
  • 구속조건
    – PM volume = 36 cm³
    – Average torque ≥ 0.7 N·m
해석 및 설계 소프트웨어 

  • 해석 : FEM
  • 설계 : PIAnO
최적설계 절차 

  1. 자동화 후, 실험계획법 수행
  2. 실험계획법 데이터를 이용하여 메타모델 생성
  3. 메타모델 기반 최적설계 수행
최적설계 결과 

  • 두 목적함수의 가중치를 동일하게 설정한 후, 최적설계 수행
  • 모든 구속조건을 만족하는 최적설계안 도출
    → 초기모델 대비 Cogging torque 약 68.4%, Torque ripple 약 46.1% 향상
    → 제안모델 대비 Cogging torque 약 38.7%, Torque ripple 약 5.6% 향상
  • Magnet 재료의 가격을 고려한 결과,
    →초기모델 대비 재료비 39.7% 감소
    →제안모델 대비 재료비 2.8% 감소
  • 최적설계 결과에 대해 Prototype을 제작하여 시험 수행
    → Cost saving 과 Torque pulsation 최소화 측면에서 효과 입증