실제적인 권선 턴 수 추정 및 전역 민감도 분석을 활용한 이중 동작점을 갖는 PMSM의 2단계 최적 설계

Abstract

축 방향 길이가 짧고 반경 방향 길이가 큰 박형 모터는 단부 효과로 인해 2D 및 3D FEA 결과 간의 상당한 차이를 보일 수 있다. 정밀한 파라미터 계산을 위해서는 3D FEA가 필수적이지만, 높은 계산 비용으로 인해 최적화가 어렵다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 해석 비용 저감을 위한 3가지의 방안을 제안한다. 이중 동작점을 가지는 모터의 해석 조건을 고려하여 최적화 단계에 따라 목표 성능을 구분하여 설계 비용을 감소시킨다. 또한 실제적인 권선 턴 수 추정 및 전역 민감도 해석(GSA)을 활용하여 실험점의 감소와 설계 변수를 감소시켜 효율적인 2단계 최적화를 수행하여 FEA 계산 비용을 최소화한다. 제안된 방법을 통해 최적 설계 비용을 크게 절감할 수 있다.

Flat motors, characterized by a low axial-to-radial aspect ratio, may exhibit significant discrepancies between 2D and 3D FEA results due to end effects. While 3D FEA is indispensable for accurate parameters, its high computational cost makes optimization challenging. To address this issue, this study proposes three distinct strategies aimed at reducing the computational cost. Considering the analysis conditions of a motor with dual-operating points, the design cost is reduced by classifying the target performance according to the optimization stage. Also, by utilizing practical winding turn estimation and global sensitivity analysis (GSA), the number of experimental points and design variables are reduced to perform efficient two-stage optimization, thereby minimizing the FEA calculation cost. Through the proposed method, the optimal design cost can be greatly reduced.