Latin Hypercube Sampling과 크리깅 기법을이용한 이중권선형 2상 BLDC 전동기의 다목적 최적설계

Abstract

본 논문은 2상 Brushless DC(BLDC) 전동기의 동작특성을 개선하기 위하여 보조치를 적용한 새로운 고정자 형상을 제안하였고, Latin Hypercube Sampling (LHS)에 기반한 크리깅 근사모델링기법을 이용하여 2상 BLDC 전동기의 다목적 최적설계를 수행하였다. 일반적으로 2상 BLDC 전동기는 전원공급 방식에 의한 dead-point가 발생하게 된다. 이러한 dead-point는 평균토크 저감과 토크리플의 원인이 되며 전동기의 효율을 저감시키게 된다. 따라서 2상 BLDC 전동기의 동작특성개선을 위하여 보조치와 비대칭 고정자 치의 최적설계과정을 수행한다. 최적 설계 과정에는 근사모델링 방법 중의 하나인 크리깅 근사모델링 기법을 사용하였다. 크리깅 모델은 최적 설계에 많이 사용되는 Conventional 반응표면법(Conventional RSM) 보다 비선형성이 강한 특성을 가지고 있다. 비선형성이 강한 크리깅 모델을 적용함으로써 평균 토크 및 토크리플과 같은 비선형성 데이터의 정확한 근사모델링 함수를 얻을 수 있다. 실험계획법으로는 Latin Hypercube Sampling을 사용함으로써 데이터에 의존성이 큰 크리깅 모델의 정확성을 더 높였다. 효율의 최대를 목적함수로 정하고 토크리플, 평균토크, 기동토크를 제약조건으로 설정하였다. 최적 점을 얻은 후, 2D 유한요소 해석을 통하여 2상 BLDC전동기의 동작특성을 확인하였고, 실험을 통하여 제안된 형상 및 최적설계과정의 타당성을 검증하였다.