Brushless AC (BLAC) motor 최적설계

설계요구사항
  • 성능 향상
    · Motor speed response
    · Stator core volume
  • 성능 조건 만족
    · Operating time for the load driving conditions
    of the motor
    · Total harmonics distortion(THD) of the back
    electromotive force(EMF)
설계 문제 정식화
  • 설계변수
    · 7 mm ≤ X1i≤ 12 mm
    · 0.5 mm ≤ X2i ≤ 2.5 mm
    · 24 mm ≤ X3i ≤ 44 mm
    ( i : Gearbox에 따라 분류되는 System 숫자를 의미함 )
  • 목적함수
    · 최대화 Motor speed response
    · 최소화 Stator core volume
  • 구속조건
    · 61 < Operating time for the load driving conditions of the motor < 66
    · THD of the back EMF < 0.6
    · 모든 system 에 대한 설계변수 X2i의 편차 = 0
    (Case1 : 편차 구속조건을 적용하여 최적설계 수행)
    (Case2 : 편차 구속조건을 적용하지 않고 최적설계 수행)
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 

  • 목적함수의 가중치를 동일하게 설정한 후, 최적설계 수행
  • 모든 구속조건을 만족하는 최적설계안 도출
    → Case1의 경우, System2의 초기모델 대비 Motor speed response 약 5.1%, Stator core volume 약 2.7% 향상
    → Case2의 경우, System2의 초기모델 대비 Motor speed response 약 5.5%, Stator core volume 약 3.5% 향상
  • Volume, Density, Cost를 고려하여 Material cost, Tool cost 계산