크리깅 모델을 이용한 영구자석 동기전동기의 코깅 토크 저감화 연구

Abstract

본 논문에서는 이동용 로봇이나 전기자동차 등에 사용되는 영구자석 동기전동기(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)의 특성 향상을 위해 코깅 토크 저감화에 관하여 연구하여싿 . 코깅 토크를 저감시키기 위해 영구자석 동기전동기의 영구자석 형상을 최적 설게하였다. 영구자석 동기전동기의 기본 모델을 선정한 후 크리깅 모델과 실험계획법을 사용하여 영구자석 형상을 최적 설계하였다. 최적 설계에는 최적화 방법 중으 ㅣ하나인 크리깅 모델을 사용하였다. 최적 설계에 반응표면법을 많이 이용하지만 반응표면법은 고차함수가 되거나 반응 표면이 복잡하여 비선형성이 강해지면 최적값을 찾는 정확도가 떨어진다. 이와 달리 크리깅 모델은 반응표면법과 비교하여 비선형성이 강한 모델의 전역근사모델로 반응 표면이 복잡하거나 변수의 수가 많을 때 효과적으로 최적값을 찾을 수 있다. 따라서 본 논문에서는 복잡한 반응 표면을 잘 나타낼 수 있는 크리깅 모델을 사용하였다. 크리깅 모델에 추가적으로 실험계획법을 사용하여 코깅 토크, 역기전력 왜형률 및 실효치를 목적으로 정하여 목적 함수를 작성하여 영구자석의 형상을 최적 설계하였다. 피라미터 μ와 목적함수의 사용으로 설계변수를 만족시키는 최적 설계를 하였다. 영구자석 동기전동기 기본 모델과 최적 설계된 영구자석 형상을 갖는 영구자석 동기전동기 모델을 비교하였을 때 코깅 토크가 저감된 것을 2D FEM 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.; This paper proposes an optimal design method for the shape optimization of the permanent magnets (PM) of a permanent magnet synchronous motor (PMSM) to reduce the cogging torque considering a total harmonic distortion (THD) and a root mean square (RMS) value of back-EMF. In this method, the Kriging model based on a design of experiment (DOE) is applied to interpolate the objective function in the spaces of design parameters. The optimal design method for the PM of a PMSM has to consider multi-variable and multi-objective functions. The developed design method is applied to the optimization for the PM of a PMSM.