단 1차형 영구자석 선형 동기전동기의 디텐트력 저감 연구

연승환,이종진,함승진,고창섭 충북대학교 컴퓨터정보통신 연구소 2006 컴퓨터정보통신연구 Vol.14 No.1

최근 영구자석 선형 동기 전동기 (PMSLM)는 이송 장치로써 많은 분야에 사용되고 있다. 영구자석 선형 동기 전동기는 구조적으로 간단하며 고속화 고추력화 등의 많은 장점을 가지고 있다. 그러나 단 1차형 영구자석 선형 동기 전동기는 매우 큰 디텐트력을 지니고 있어 추력 맥동의 원인이 되며, 이는 소음과 진동을 발생시킨다. 단 1차형 영구자석 선형 동기 전동기의 디텐트력은 전기자 내부의 치와 영구자석 사이에 작용하는 힘과 전기자 양 단부와 영구자석 사이에서 작용하는 힘의 합으로 표현된다. 본 논문에서는 코깅력을 줄이기 위한 방법으로 영구자석의 극 수와 전기자의 슬롯 수의 비를 변경한 새로운 구조의 단 1차형 영구자석 선형 동기 전동기(PMLSM)을 제안하였고, 단부력을 줄이기 위하여 전기자 양 단부에 전기자 길이 조정법과 챔퍼링 법을 사용하였다. Recently Permanent Magnet Linear Synchronous Motors(PMLSMs) are widely being used for many linear transportation applications. The PMLSMs have many advantages such as simple structure, high speed and thrust force. However, especially in short primary type PMLSM, the PMLSMs have very large detent force, which makes the thrust force ripple and undesired vibration and noise. The detent force in PMLSMs is composed of two forces. The first is the cogging force which comes from the interaction between the permanent magnets and interior teeth of the stator, and the second is the end effect force which acts on the exterior teeth of the stator by the permanent magnets. This paper presents a new configuration of a short primary type PMLSM for cogging force reduction by changing the ratio of the numbers of winding slots and permanent magnet poles. The end effect force is also minimized by optimizing the stator length and chamfering the shape of the exterior teeth of the stator.

엔코더리스 마그넷 모션을 이용한 위치제어에 대한 리니어모터 실험적 연구

김홍윤(Kim Hong-youn),윤영민(Yun Young-Min),심호근(Shim Ho-Keun),권영목(Kwon Young-Mok),허훈(Heo Hoon) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.1

영구자석 선형 동기전동기(PMLSM : Permanent Magnet Linear Synchronous Motor)의 구조에서, 영구자석이 레일에 고정되고 코일이 움직이는 기존 영구자석 선형 동기전동기와 달리(영구자석 = 고정자, 코일 = 이동자), 코일이 고정되고, 영구자석을 움직이는(영구자석 = 이동자, 코일 = 고정자) 구조의 위치제어시스템을 제안하고자 한다. 위치 측정은 2개의 홀센서를 사용한다. 이 방식은 엔코더 출력 펄스 신호 대신에 2개의 홀센서에서 발생되는 구형파 신호를 4체배하여 이동자의 속도와 위치를 추정한다. 구형파를 발생시키는 2개의 홀센서로 PMLSM의 벡터제어를 구현하였을 때 정격속도 범위 내에서 안정적이고 효율적으로 제어되는 것을 시뮬레이션을 통하여 입증하였다. 또 하드웨어 실험으로 시스템의 위치제어성능은 30~50㎛의 측정범위 내에서 10~20㎛의 정밀도로 기존시스템보다 2배나 개선되며, 경제적 효율성과 제안된 위치제어 개념의 실용적인 유용성도 확인하였다. 2개의 홀센서를 이용한 벡터제어는 협소한 공간에도 취부 할 수 있으므로 엔코더나 레졸버의 장착이 어려운 시스템에 적용될 수 있다. A position control system composed of the PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor), unlike conventional linear permanent magnet synchronous motor is fixed to the permanent magnet moving coil rails (permanent magnet = stator, coil = mover), the coil is fixed, moving the permanent magnet, we propose a position control system (permanent magnet = mover, coil = stator) structure. Position is measured not using conventional encoder or resolver but by adopting vector control method using 2 hall sensors generating rectangular signal. This method estimate the velocity and position of mover by using the quadruple of two hall sensor signal instead of encoder signal. Vector control of PMLSM using 2 hall sensor generating rectangular wave is proved to control the system stable and efficiently through simulation. Also hardware experiment reveals that the position control performance is measured within the range of 30~50㎛ in the accuracy of 10~20㎛, which is improved twice to the conventional method. The proposed method exhibits its economical efficiency and practical usefulness. The vector control technique using two hall sensors can be installed in narrow place, accordingly it can be implemented on the system where the conventional encoder or resolver cannot operate.

전기자 분산배치 PMLSM의 단부 코깅력 저감을 위한 전기자 스큐각의 영향 분석

김용재,김재홍,Kim, Yong-Jae,Kim, Jae-Hong 한국전자통신학회 2014 한국전자통신학회 논문지 Vol.9 No.2

영구자석 선형 동기 전동기는 회전기기에 비해 구조적으로 간단하여 보수 점검이 용이하고 정밀, 고속, 고추력화 등의 많은 장점을 가지고 있다. 하지만 반송경로 전장에 전기자를 설치해야 하는 구조적 특성으로 인해 반송경로가 길어지면 길어질수록 초기 설치비용이 상승하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 전기자를 분산시켜 배치하는 방식을 제시하였으나 전기자를 분산시켜 배치할 경우 전기자 양 끝단에는 구조상 반드시 단부가 존재하게 되며 이러한 단부는 추력 맥동을 야기하는 코깅력을 크게 발생시켜 기기의 소음과 진동 및 기기의 성능 저하의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 기기의 운전특성을 향상시키기 위해 전기자의 스큐에 따른 단부특성을 3D FEM 수치해석을 이용하여 파악하고 단부 코깅력을 가장 저감시키는 전기자 스큐를 제안하고자 한다. The permanent magnet linear synchronous motors facilitate maintenance, for it is structurally simple compare to rotating machine and has lots of advantage such as a precision control, high speed, high thrust and so on. However, it causes an increase of material cost because of structural characteristics that need to arranges the armature on the full length of transportation lines. Thus, in order to resolve this problem, we propose the discontinuous arrangement method of the armature but the edge always exists due to the structure when the armature is arranged discontinuously. Due to this edge, the cogging force is greatly generated and it causes thrust force ripple generating noise, vibration and decline of performance. Therefore, in this paper, we examined the characteristic of end edge according to the skew angle through 3-D numerical analysis using finite element method(FEM) and improved the operation characteristics.

Bifurcating을 적용한 집중권 PMLSM의 보조극 설치에 관한 연구

김용재,Kim, Yong-Jae 한국전자통신학회 2012 한국전자통신학회 논문지 Vol.7 No.5

Recently, linear motors have been widely researched and have been increasingly used in various industrial applications. Especially, permanent magnet linear synchronous motors(PMLSMs) have been getting the spotlight in the transportation system. A PMLSM is structurally simple and has a lot of merits such as high speed, high thrust force, etc. However, in case of a long stator system which arranges armature to the full length of transportation lines, a PMLSM has some disadvantages such as the material cost increase and long manufacturing time. Hence, in order to overcome these problems, the PMLSM with stationary discontinuous armature structure and concentrated windings was proposed. However, this method occurs undesirable cogging force by outlet edge effect. The cogging force causes thrust force ripples and generates noise and vibration. Therefore, in this paper, we proposed installation method of auxiliary pole PMLSM with concentrated winding applying bifurcating in order to reduce cogging force by the outlet edge when the armature is placed in a discontinuous arrangement. Also, we have examined characteristics of outlet edge cogging force using 2-D finite element analysis(FEA). 현재 선형 전동기는 많은 연구가 진행되어 그 응용분야가 산업전반에 확대되고 있다. 이중 반송장치 분야에서 영구자석 선형 동기 전동기(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor:이하 PMLSM)가 각광을 받고 있다. 영구자석 선형 동기 전동기는 구조적으로 간단하며 고속화 고추력화 등의 장점을 가지고 있지만 전기자를 반송경로 전장에 배치하는 지상 1차측 시스템을 장거리 반송장치에 적용하면 재료비용의 증가 및 제작시간 증가 등의 문제점이 발생한다. 따라서 전기자를 분산(불연속) 배치하는 방식이 제안되고 있다. 하지만 이러한 전기자 분산배치 방식은 구조적으로 단부가 존재하고 이러한 단부에 의해 코깅력이 발생한다. 이는 추력 맥동의 원인이 되며, 소음과 진동을 발생시킨다. 따라서, 본 연구에서는 전기자를 분산배치 할 경우 필연적으로 생기는 단부에 의한 코깅력을 저감하기 위해 Bifurcating을 적용한 집중권 PMLSM에 보조극 설치법을 제안한다. 또한 그에 따른 단부 코깅력 특성을 2차원 유한요소법(FEA)을 이용하여 분석하였다.

권선방식 차이에 따른 영구자석 선형 동기 전동기의 단부 코깅력 해석

김용재,김성진,Kim, Yong-Jae,Kim, Sung-Jin 한국전자통신학회 2011 한국전자통신학회 논문지 Vol.6 No.6

PMLSM is structurally simple and it have a lot of merits such high speed, high thrust force etc., but cogging force by slot-teeth structure of armature and cogging force by outlet edge effect occurs. This is the cause of thrust force ripple and generate the noise and vibration. Therefore, in this paper we proposed installation of an auxiliary pole to mover of the PMLSM in order to decrease cogging force by the outlet edge which came necessarily into being discontinuous arrangement of the armature. Also, outlet edge cogging force designed a form of the auxiliary pole which the minimum became, and we compared a outlet edge cogging force characteristic along a winding method of an armature as we used 2-D of finite element analysis. 영구자석 선형 동기 전동기(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor:이하 PMLSM)는 구조적으로 간단하며 고속화 고추력화 등의 많은 장점을 가지고 있지만 전기자 권선부의 슬롯-치 구조로 인한 코깅력과 단부효과에 의한 코깅력이 발생한다. 이는 추력 맥동의 원인이 되며, 소음과 진동을 발생시킨다. 따라서, 본 연구에서는 전기자를 분산배치 할 경우 필연적으로 생기는 단부에 의한 코깅력을 저감하기 위해 PMLSM의 가동자에 보조극의 설치를 제안하였다. 또한 2차원 유한요소법(Finite Element Analysis)을 이용하여 단부 코깅력이 최소가 되는 보조극의 형태를 설계하고 전기자의 권선 방식에 따른 단부 코깅력 특성을 비교하였다.

매입형 영구자석 동기전동기의 T-S 퍼지 모델링

왕법광(Fa Guang Wang),김민찬(Min Chan Kim),김현우(Hyun Woo Kim),박승규(Seung Kyu Park),윤태성(Tae Sung Yoon),곽군평(Gun Pyoung Kwak) Korean Society for Precision Engineering 2011 한국정밀공학회지 Vol.28 No.4

Control of interior permanent magnet (IPMSM) is difficult because its nonlinearity and parameter uncertainty. In this paper, a fuzzy c-regression models clustering algorithm which is based on T-S fuzzy is used to model IPMSM with a series linear model and weight them by memberships. Lagrangian of constrained function is built for calculating clustering centers where training output data are considered. Based on these clustering centers, least square method is applied for T-S fuzzy linear model parameters. As a result, IPMSM can be modeled as T-S fuzzy model for T-S fuzzy control of them.

온도 변화를 고려한 매입형 영구자석 동기전동기의 약자속 제어에 관한 연구

김소혜(Sohye Kim),백현준(HyunJun Baek),진현지(HyeonJi Jin),이근호(GeunHo Lee) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

IPMSM의 센서리스 운전을 위한 확장 칼만 필터 설계

전용호(Yong-Ho Jeon),조민호(Min-Ho Cho) 한국전자통신학회 2013 한국전자통신학회 논문지 Vol.8 No.11

본 논문은 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 센서리스 운전을 위해 확장 칼만 필터를 기반으로 하는 속도와 위치 추정기의 설계방법을 제안한다. 제안된 방법은 상태 추정의 정밀도를 향상시키기 위해서 시스템 모델의 상태추정구간을 더욱 세분화하여 나누고, 세분화한 각 구간을 테일러급수 전개하여 일차항만 사용하여 추정하였다. 제안된 상태 추정기는 2차 확장칼만필터에 비해 사전추정의 연산의 양을 크게 하지 않고, 상태추정의 정밀도가 증가함을 시뮬레이션을 통해 보일 수 있었다. In this paper, a design of speed and position controller based on the EKF(Extended Kalman Filter) for sensorless control in IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) is proposed. The proposed method subdivides the state estimation interval for improving the accuracy of state estimation. and each subdivided interval estimated first order term using Taylor series. The proposed state estimator comparison with the second-order extended Kalman filter reduced calculation amount of a priori estimation. And the simulation results were proved that The accuracy of priori estimation is increased.

도시·광역철도의 가·감속 성능향상을 위한 하이브리드형 견인시스템의 개념 설계 및 적용 타당성 분석

정거철,박현준,이형우,이주 한국철도학회 2019 한국철도학회논문집 Vol.22 No.4

This paper is a conceptual design and application feasibility analysis of a hybrid traction system forimprovement of acceleration and deceleration performance of urban and metropolitan railway. Due to economic developmentin the metropolitan area, the commuting time and scheduled speed have decreased. This has greatly reducedspeed competitiveness and significantly reduced the modal share rate. To solve these problems, a study was conductedto improve the performance of acceleration and deceleration as a means of express service of urban and metropolitanrailway. A conceptual design of a hybrid type traction motor, which can be applied to both the motor car and trailer carfor enhanced acceleration and deceleration, was carried out. A permanent magnet synchronous motor with better efficiencyand output density than those of an induction motor is applied to the motor car and a linear induction motor issuggested for application to the trailer car. In conclusion, the proposed hybrid type traction motor, which converts allcars to motor cars, improve the acceleration and deceleration performance.