KR20100080653A - Rotor and stator design method on torque ripple reduction for a concentrated winding synchronous reluctance motor and a rotor and stator designed by its method - Google Patents

Rotor and stator design method on torque ripple reduction for a concentrated winding synchronous reluctance motor and a rotor and stator designed by its method Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A method for designing a rotor and a stator and the rotor and the stator designed by the same are provided to reduce a design cost by optimizing the design based on the design variables of the rotor and the stator. CONSTITUTION: A CAD(Computer Aided Design) file for designing a rotor and a stator is initialized. Data for a finite element modeling is set. The range of the design variables and the test frequencies are set by using a central composite design method. A torque ripple value is calculated by using a finite element analysis program. The design variable includes a slot open width(15), a slot depth(13), and a tooth width(14) of the stator and a magnetic flux barrier width(L1-L4) of the rotor.

Description

집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크 리플 저감에 관한 회전자 및 고정자 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 설계 제작된 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자{Rotor and Stator Design Method on Torque Ripple Reduction for a Concentrated Winding Synchronous Reluctance Motor and A Rotor and Stator designed by its Method}Rotor and Stator Design Method on Torque Ripple Reduction for a Design of Rotor and Stator for Torque Ripple Reduction of Concentrated Winding Synchronous Reluctance Motor Concentrated Winding Synchronous Reluctance Motor and A Rotor and Stator designed by its Method}

본 발명은 집중권선 SynRM의 토크리플과 관련된 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계하기 위하여 CAD파일의 초기화, 선처리(pre-processor)작업데이터를 설정하는 단계를 거쳐서, 제조상의 한계 때문에 회전자의 립(rib) 폭은 고정 값으로 설정하고, 토크리플에 영향을 주는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭(X1), 슬롯 깊이 (X2), 치 폭(X3) 및 회전자 측의 자속장벽 폭(L1∼L4)을 설계변수로 채택하는 단계를 거쳐서, 통계적인 근사방법인 RSM 중 하나인 중심합성계획법(central composite design : CCD)을 이용하여 설계변수의 범위와 실험횟수를 설정하는 단계를 거쳐서, 유한요소해석(FEA)을 이용하여 토크리플 값을 계산하는 단계를 거쳐서, 상기 계산되어진 토크리플 값을 메모리에 저장하는 단계로 이루어진 집중권선형 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플 저감을 위한 최적의 회전자 및 고 정자 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 설계 제작된 집중권선형 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자에 관한 것이다. The present invention is to initialize and pre-process the CAD file to design the rotor and stator to reduce torque ripple based on the design variables of both the stator and the rotor, not the individual design of the stator or rotor related to the torque ripple of the central winding. After setting the pre-processor working data, because of manufacturing limitations, the rib width of the rotor is set to a fixed value, and the slot open width (X1), slot on the stator side affects torque ripple. After adopting the depth (X2), the tooth width (X3) and the magnetic flux barrier width (L1 to L4) as the design variables, the central composite design, one of the RSMs, which is a statistical approximation method: After setting the range of the design variable and the number of experiments using the CCD), the torque ripple value is calculated using the finite element analysis (FEA), and the calculated torque ripple value is recorded. Optimal rotor and stator design method for torque ripple reduction of intensive winding synchronous reluctance motor consisting of the steps of storing on the rotor and stator of the concentrated winding synchronous reluctance motor designed and manufactured by the design method It is about.

일반적으로 동기형 릴럭턴스 전동기(SynRM)는 유도기에 비해 효율이 높고, 제작상의 비용이 적게 드는 등 많은 이점들이 있으며, 만약 동기형 릴럭턴스 전동기의 고정자 권선이 종래의 분포권선형이 아니라 집중권선형으로 했을 때는 공장제조 시 권선 작업이 단순해지며 동손이 저감되고 저가의 전동기를 확보할 수 있는 장점이 있다. In general, synchronous reluctance motors (SynRM) have many advantages, such as higher efficiency and less manufacturing cost than induction motors.If stator windings of synchronous reluctance motors are conventional winding-type windings, When it is manufactured, the winding work is simplified during manufacturing, and the copper loss is reduced and the low-cost electric motor can be secured.

하지만 토크리플에 의해 발생되는 진동과 소음이 상대적으로 다른 기기들에 비해 크기 때문에 토크리플을 줄이기 위해 설계변수의 적절한 조합이 이루어져야 한다. However, because vibration and noise generated by torque ripple are relatively higher than those of other devices, a proper combination of design variables should be made to reduce torque ripple.

반응표면법(RSM)은 물리적 시스템의 응답연구 중에서 “최적값”을 찾는데 유용한 통계 및 수학적 방법이다. 일반적으로 반응표면법 내에서 설계변수와 출력간의 관계를 나타내기 위해 다항식 모델이 만들어지기 때문에 이 모델은 출력을 예상하는데 사용될 수 있고, 설계 최적화는 보다 더 쉽게 수행될 수 있다. 적합한 모델의 특성은 실험 데이터를 기초로 한 통계표를 확인함으로서 평가된다. Response surface methodology (RSM) is a statistical and mathematical method that can be used to find “optimal values” in the response studies of physical systems. In general, since polynomial models are created to represent the relationship between the design variables and the outputs within the response surface method, these models can be used to estimate the output, and design optimization can be performed more easily. The characteristics of a suitable model are assessed by identifying statistical tables based on experimental data.

이와 관련하여 집중권선 SynRM에 관한 두 가지의 연구논문이 발표되었다. 첫째, 24슬롯 SynRM의 회전자 최적설계 모델을 기초로 토크리플 저감을 위해 고정자의 치 폭, 슬롯 오픈 폭, 슬롯 깊이를 설계변수로 한 고정자 설계가 있으며, 둘째, 첫 번째의 고정자 최적설계에 기초하여 자속장벽 수 및 자속장벽 폭을 설계변수로 하여 최적설계를 수행한 회전자 설계가 있다. 이러한 선행 연구 개발을 통해서 토크리플을 다소 감소시킬 수 있었지만 이를 상용화하기에는 아직 어려움이 있고, 집중권선형 SynRM의 물리적 특성은 이러한 고정자 및 회전자의 개별적인 설계에 의해서는 정확하게 예측되거나 개선될 수 없다는 문제점이 있다. Two research papers on SynRM have been published. First, there are stator designs based on stator width, slot open width, and slot depth as design variables to reduce torque ripple based on the rotor optimal design model of 24-slot SynRM. Second, based on the first stator optimization design. Therefore, there is a rotor design that performs optimal design using the number of magnetic flux barriers and the magnetic flux barrier width as design variables. Although the torque ripple could be reduced through this previous research and development, it is still difficult to commercialize it, and the physical characteristics of the concentrated winding type SynRM cannot be accurately predicted or improved by the individual design of the stator and the rotor. have.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 집중권선형 SynRM의 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 최적설계를 수행하여 집중권선형 SynRM의 고정자 혹은 회전자를 설계 제작하므로 생산비를 절감하고 성능을 향상시키는데 있다. The problem to be solved by the present invention is not the individual design of the stator or rotor of the central winding type SynRM, but the stator of the central winding type SynRM by performing the optimal design to reduce torque ripple based on the design variables of both the stator and the rotor. Alternatively, the rotor is designed and manufactured to reduce production costs and improve performance.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 집중권선 SynRM의 고정자 혹은 회전자를 설계 제작함에 있어서 통계적인 근사방법인 반응표면법(RSM)을 이용하며, 반응표면법은 항상 오차를 포함하고 있으므로 설계된 집중권선 SynRM의 회전자 및 고정자의 근사함수의 정도를 확인하여 설계 모델의 적합성 여부를 판단하여 최적 설계를 수행하는데 있다.The problem to be solved by the present invention uses the response surface method (RSM), which is a statistical approximation method in designing and manufacturing the stator or rotor of the concentrated winding SynRM, and the response surface method always includes an error To determine the suitability of the design model by checking the degree of the approximation function of the rotor and the stator to perform the optimal design.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중심점과 축점을 2k요인실험에 추가시킨 통계적인 근사방법인 반응표면법 중 하나인 중심합성계획법을 적용하여 적은 횟수의 실험으로 반응곡면을 신속 정확하게 추정하는데 있다.The problem to be solved by the present invention is to quickly and accurately estimate the response surface with a small number of experiments by applying the central synthesis planning method, one of the response surface method that is a statistical approximation method by adding the center point and the axial point to the 2 k factor experiment.

본 발명의 과제해결수단은 집중권선 SynRM의 토크리플과 관련된 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 집중권선 SynRM의 회전자 및 고정자를 설계하기 위하여 CAD파일의 초기화, 선처리(pre-processor) 작업데이터를 설정하는 단계를 거쳐서, 제 조상의 한계 때문에 회전자의 립(rib) 폭은 고정 값으로 설정하고, 토크리플에 영향을 주는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭(X1), 슬롯 깊이 (X2), 치 폭(X3) 및 회전자 측의 자속장벽 폭(L1∼L4)을 설계변수로 채택하는 단계를 거쳐서, 통계적인 근사방법인 반응표면법 중 하나인 중심합성계획법을 이용하여 설계변수의 범위와 실험횟수를 설정하는 단계를 거쳐서, 유한요소해석(FEA)을 이용하여 토크리플 값을 계산하는 단계를 거쳐서, 상기 계산된 토크리플 값을 메모리에 저장하는 단계로 이루어진 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플 저감에 관한 회전자 및 고정자 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 설계 제작된 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자를 제공하는데 있다.The problem solving means of the present invention is a rotor and stator of the central winding SynRM for reducing torque ripple based on the design parameters of both the stator and the rotor, not the individual design of the stator or the rotor associated with the torque ripple of the central winding SynRM Initializing the CAD file and setting up the pre-processor working data for the design. Due to manufacturing limitations, the rotor's rib width is set to a fixed value and the stator affects torque ripple. The response surface is a statistical approximation method through the steps of adopting the slot open width (X1), the slot depth (X2), the tooth width (X3) and the magnetic flux barrier width (L1 to L4) on the rotor side as design variables. After calculating the range of design variables and the number of experiments using the central synthesis planning method, which is one of the methods, and calculating the torque ripple value using the finite element analysis (FEA), A rotor and stator design method for reducing torque ripple of a concentrated winding synchronous reluctance motor comprising storing ripple values in a memory and a rotor and a stator of a concentrated winding synchronous reluctance motor designed and manufactured by the design method are provided. It is.

본 발명의 또 다른 과제해결수단은 집중권선형 SynRM의 고정자 혹은 회전자를 설계함에 있어서 통계적인 근사방법인 반응표면법의 적용 시에 오차를 포함하게 되므로 설계된 집중권선 SynRM의 회전자 및 고정자 모델의 적합성을 확인하기 위하여 추정된 근사함수의 정도를 분산분석(Analysis of variance : ANOVA)을 이용하여 판단하는 수단을 구비한 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플 저감에 관한 회전자 및 고정자의 설계방법을 제공하는데 있다.Another problem solving means of the present invention is that the design of the stator or rotor of the central winding type SynRM includes the error when applying the response surface method that is a statistical approximation method of the rotor and stator model of the designed concentrated winding SynRM A method of designing rotor and stator for reducing torque ripple of a concentrated winding synchronous reluctance motor equipped with means for determining the degree of estimated approximation function using analysis of variance (ANOVA) To provide.

본 발명의 또 다른 과제해결수단은 적은 횟수의 실험으로 반응곡면을 추정하기 위하여 중심점과 축점을 2k요인실험에 추가시킨 통계적인 근사방법인 반응표면법 중 하나인 중심합성계획법을 적용하여 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크 리플 저감에 관한 회전자 및 고정자의 설계방법을 제공하는데 있다.Another problem solving means of the present invention is to apply the central synthesis planning method, which is one of the response surface method, which is a statistical approximation method that adds the center point and the axial point to the 2 k factor experiments in order to estimate the response surface with a small number of experiments. The present invention provides a method of designing a rotor and a stator for reducing torque ripple in a synchronous reluctance motor.

본 발명은 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 최적설계를 수행하여 집중권선 SynRM의 고정자 혹은 회전자를 제작하므로 생산비를 절감하고, 성능을 향상시키는 효과가 있다. The present invention performs an optimal design to reduce torque ripple based on the design parameters of both the stator and the rotor, not the individual design of the stator or the rotor of the concentrated winding synchronous reluctance motor. The production cost is reduced, and the performance is improved.

본 발명의 또 다른 효과는 집중권선 SynRM의 고정자 혹은 회전자를 설계 제작함에 있어서 통계적인 근사방법인 반응표면법을 이용하며, 통계적인 근사방법인 반응표면법은 항상 오차를 포함하고 있으므로 설계된 집중권선 SynRM의 회전자 및 고정자의 근사함수의 정도를 확인하여 설계 모델의 적합성 여부를 판단하여 최적 설계를 수행하는데 있다.Another effect of the present invention is to use the response surface method, which is a statistical approximation method in designing and manufacturing the stator or rotor of the concentrated winding SynRM, and the response surface method, which is a statistical approximation method, always includes an error. Optimal design is performed by checking the degree of approximation function of the rotor and stator of SynRM to determine the suitability of the design model.

본 발명의 또 다른 효과는 중심점과 축점을 2k요인실험에 추가시킨 통계적인 근사방법인 반응표면법 중의 하나인 중심합성계획법을 적용하여 적은 횟수의 실험으로 반응곡면을 신속 정확하게 추정하는데 있다.Another effect of the present invention is to quickly and accurately estimate the response surface with a small number of experiments by applying the central synthesis planning method, one of the response surface methods, which is a statistical approximation method by adding the center point and the axial point to the 2k factor experiment.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다. 본 발명은 집중권선 SynRM의 토크리플과 관련된 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계하기 위하여 초기 시작기의 CAD파일, 선처리 작업데이터를 설정하는 단계를 거쳐서, 제조상의 한계 때문에 회전자의 립(rib) 폭은 고정 값으로 설정하고, 토크 리플에 영향을 주는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭(X1), 슬롯 깊이 (X2), 치 폭(X3) 및 회전자 측의 자속장벽 폭(L1∼L4)을 설계 변수로 채택하는 단계를 거쳐서, 통계적인 근사방법인 반응표면법 중 하나인 중심합성계획법을 이용하여 설계변수의 범위와 실험횟수를 설정하는 단계를 거쳐서, 유한요소해석(FEA)을 이용하여 토크리플 값을 계산하는 단계를 거쳐서, 상기 계산되어진 토크리플 값을 메모리에 저장하는 단계로 이루어진 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플 저감에 관한 회전자 및 고정자의 설계방법 및 그 설계방법에 의하여 설계 제작된 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자에 관한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The present invention provides the CAD file of the initial starter to design the rotor and stator to reduce torque ripple based on the design variables of both the stator and the rotor, not the individual design of the stator or rotor related to the torque ripple of the central winding. After setting the preprocessing work data, due to manufacturing limitations, the rib width of the rotor is set to a fixed value, and the slot open width (X1) and slot depth (X2) on the stator side affecting torque ripple. ), The tooth width (X3) and the magnetic flux barrier width (L1 to L4) on the rotor side are adopted as the design variables, and the central composition planning method, which is one of the response surface methods, is a statistical approximation method. After setting the range and the number of experiments, calculating the torque ripple value using the finite element analysis (FEA), and storing the calculated torque ripple value in the memory The present invention relates to a rotor and stator for a torque ripple reduction of a concentrated winding synchronous reluctance motor, and a rotor and stator of a concentrated winding synchronous reluctance motor designed and manufactured by the design method.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나 이상의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.Hereinafter, the configuration and operation of the embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the present invention shown and described in the drawings will be described by at least one embodiment, whereby the present invention described above The technical idea and its core composition and operation are not limited.

본 발명의 이해를 용이하게 하는 도면을 살펴본다. 도 1은 본 발명에 따른 집중권선 SynRM의 설계변수를 도시한 것이며, 도2는 본 발명에 따른 회전자의 변화점 변수와 변화 방향을 도시한 것이다. 도3은 고정자의 변화점 변수와 변화 방향을 도시한 것이며, 도4는 반응표면법의 기본 개념을 도시한 것이다. 도5는 본 발명에 따른 설계절차의 흐름도를 도시한 것이며, 도6은 고정자 설계에 대한 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 도시한 것이다. 도7은 회전자 설계에 대한 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 도시한 것이며, 도8은 고정자와 회전자 설계에 대한 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 도시한 것이다. 도9는 본 발명에 따른 집중권선 SynRM 고정 자와 회전자의 설계방법에 따라 계산된 토크리플의 해석 결과를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 살펴본다. Look at the drawings to facilitate understanding of the present invention. 1 illustrates design variables of a concentrated winding SynRM according to the present invention, and FIG. 2 illustrates change point variables and a change direction of a rotor according to the present invention. FIG. 3 shows the change point variables and the direction of change of the stator. FIG. 4 shows the basic concept of the response surface method. Figure 5 shows a flow chart of the design procedure according to the present invention, Figure 6 shows a comparison of the initial model and the optimal model for the stator design. FIG. 7 shows a comparison between the initial model and the optimal model for the rotor design, and FIG. 8 illustrates the comparison between the initial model and the optimal model for the stator and rotor design. Figure 9 shows the analysis results of the torque ripple calculated according to the design method of the concentrated winding SynRM stator and rotor according to the present invention. A specific embodiment according to the present invention will be described.

[실시 예] EXAMPLES

본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다. 본 발명에 따른 집중권선 SynRM(Synchronous Reluctance Motor)의 해석모델은 4극과 6슬롯이다. 적층 길이는 77(㎜)이며, 회전자 직경은 30.1(㎜)이고, 공극은 0.4(㎜)이며, 고정자 직경은 87.9(㎜)이다. 도 1에 나타난 것처럼 집중권선 SynRM의 토크리플과 관련된 설계변수는 고정자의 슬롯, 공극(16, Air gap), 회전자의 립(11, rib) 폭, 자속장벽 수 및 자속장벽 폭 등이 있다. 본 발명에서는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭(15, X1), 슬롯 깊이 (13, X2), 치 폭(14, X3) 그리고 회전자 측의 자속장벽 폭(L1∼L4)을 집중권선 SynRM의 최적설계에 관한 변수로 채택한다. 도 2는 3개의 자속장벽 수에서 자속장벽 폭에 따른 형상변화를 위한 변화점 변수와 변화방향을 보여준다. 각각 한 쌍이 되는 (W1,W8), (W2,W7),(W3,W6)……은 q축을 기준으로 하여 대칭적으로 움직인다. 그리고 P1-P5점들은 자속장벽 폭에 따라 변화하는 상태로 움직인다. 또한, 도3은 고정자 측의 각 변수에 따른 형상변화를 위한 변화점 변수와 변화방향을 나타낸다.A specific embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. The analytical models of the synchronous winding SynRM (Synchronous Reluctance Motor) according to the present invention are four poles and six slots. The lamination length is 77 (mm), the rotor diameter is 30.1 (mm), the void is 0.4 (mm), and the stator diameter is 87.9 (mm). As shown in FIG. 1, design variables related to torque ripple of the concentrated winding SynRM include a slot of a stator, an air gap 16, a rib width of a rotor 11, a number of magnetic flux barriers, and a magnetic flux barrier width. In the present invention, the optimal design of the central winding SynRM is made by the slot open width (15, X1) of the stator side, the slot depth (13, X2), the tooth width (14, X3) and the magnetic flux barrier width (L1 to L4) of the rotor side. Adopt as a variable for. Figure 2 shows the change point variable and the change direction for the shape change according to the magnetic flux barrier width in the number of three magnetic flux barriers. (W1, W8), (W2, W7), (W3, W6), which are each paired. … Moves symmetrically about the q-axis. The points P1-P5 move in a state that varies with the flux barrier width. 3 shows a change point variable and a change direction for shape change according to each variable on the stator side.

도 4에 집중권선 SynRM의 고정자 및 회전자 설계에 사용된 반응표면법(RSM)의 기본 개념도를 나타내었다. 반응표면법은 설계변수와 응답간의 관계를 찾아내고, 관측된 자료를 사용하여 통계적인 근사방법을 통해 최적의 집중권선형 SynRM의 고정자 및 회전자 모델에 대한 응답을 찾아낸다. 여기서, 설계변수에 대응되는 응 답 또는 출력 값은 일반적으로 실제 실험이나 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 통해 얻어지고, 실제 응답 값 는 기대값 또는 평균값으로 이루어진다. Figure 4 shows the basic conceptual diagram of the response surface method (RSM) used in the stator and rotor design of the concentrated winding SynRM. The response surface method finds the relationship between the design variables and the response and uses the observed data to find the response to the stator and rotor model of the optimal concentrated winding type SynRM using statistical approximation. Here, the response or output value corresponding to the design variable is generally obtained through actual experiment or computer simulation, and the actual response value is composed of expected value or average value.

따라서 본 발명에서는 설계변수와 출력 값의 대응관계를 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 유한요소해석(finite element method)을 통해서 관측자료를 획득하였다. 반응표면법(RSM, Response Surface Methodology)에서 k개의 설계변수에 대한 실제 응답 y는 다음과 같이 가정한다.Therefore, in the present invention, observation data were acquired through a finite element method by computer simulation for the correspondence between design variables and output values. In response surface methodology (RSM), the actual response y for k design variables is assumed as follows.

y=f(X,θ) (1)              y = f (X, θ) (1)

식(1)에서 변수 (x1, x2, .... xk)는 자연변수(natural variables)이며, 실제의 측정 단위를 가진다. 실제 응답함수 f의 근사함수인 y는 Taylor 급수전개를 기본으로 하여 1차 또는 2차 다항 모형으로 근사하게 된다. In equation (1), the variables (x 1 , x 2 , .... x k ) are natural variables and have actual units of measure. The approximate function y of the actual response function f is approximated by a first- or second-order polynomial model based on the Taylor series.

본 발명에서 선택한 연구대상의 반응표면이 곡면으로 표현될 것이라고 예측할 수 있으므로 근사함수를 2차 모형으로 사용하였다. 따라서, 실제 응답함수 f와 근사함수 y와의 관계는 식(2)과 같이 표현할 수 있다.Since the response surface of the study object selected in the present invention can be predicted to be represented by a curved surface, an approximation function was used as a quadratic model. Therefore, the relationship between the actual response function f and the approximation function y can be expressed as Equation (2).

Figure 112009000018541-PAT00001
Figure 112009000018541-PAT00001

(2)(2)

ε은 응답의 오차항이고, 변수 는 코드 변수이다. 여기서, ε을 통계적인 오차로 다루고, 일반적으로 평균이 0이고 분산 σ2를 가지는 정규분포로 가정한다. 따라서 근사함수로부터 n개의 샘플자료에서 추정한 출력 값 y는 행렬의 형태로서 식(3)과 같이 정리된다.ε is the error term of the response, and variable is the code variable. Here, we treat ε as a statistical error and generally assume a normal distribution with a mean of 0 and a variance σ 2 . Therefore, the output value y estimated from n sample data from the approximation function is summarized as Equation (3) in the form of a matrix.

y=Xβ+ε (3)y = Xβ + ε (3)

여기서 X는 설계변수 레벨의 행렬, β는 회귀계수의 벡터, ε은 임의의 오차의 벡터이다. 그리고 식(3)에서 추정된 함수

Figure 112009000018541-PAT00002
는 식(4)과 같다.Where X is a matrix of design variable levels, β is a vector of regression coefficients, and ε is a vector of random error. And the function estimated in equation (3)
Figure 112009000018541-PAT00002
Is as shown in equation (4).

Figure 112009000018541-PAT00003
=Xb (4)
Figure 112009000018541-PAT00003
= Xb (4)

본 발명의 집중권선 SynRM의 고정자 및 회전자 설계에 이용된 반응표면법(RSM)에는 많은 실험적인 설계방법이 있다. 본 발명에서 추정된 근사함수의 정도를 확인하기 위해 중심합성계획법(central composite design : CCD)을 이용하였으며, 이는 반응표면 설계에서 가장 일반적으로 사용되어지는 방법이다. There are many experimental design methods in the response surface method (RSM) used in the stator and rotor design of the concentrated winding SynRM of the present invention. In order to confirm the approximation of the estimated approximation function in the present invention, a central composite design (CCD) was used, which is the most commonly used method for response surface design.

2k요인실험(2k factorial experiments)은 각 변수의 두 수준(평면)에서만 실험이 되므로 변수의 수준변화에 따라서 발생되는 반응량의 곡면적인 변화를 감지할 수 없으며, 상기 식(2)의 이차 다항회귀모형에서 제곱항

Figure 112009000018541-PAT00004
의 계수
Figure 112009000018541-PAT00005
등을 추정할 수 없다.2 k factor experiments (2 k factorial experiments) is not able to detect a surface change of the reaction volume is generated in accordance with the level change of the variable two-level (plane) only in the experiment because of the variables, the secondary of the formula (2) Square term in polynomial regression model
Figure 112009000018541-PAT00004
Coefficient of
Figure 112009000018541-PAT00005
Cannot be estimated.

이런 단점을 보완하고 적은 횟수의 실험으로 반응곡면을 추정하기 위하여 다음과 같이 중심점과 축점을 2k요인실험에 추가시킨 실험계획을 중심합성계획법이라 한다.In order to make up for the shortcomings and to estimate the response surface with a small number of experiments, the experimental plan that adds the center point and the axial point to the 2 k factor test is called the central composition planning method.

표 1. 분산분석 (ANOVA) Table 1. ANOVA

Figure 112009000018541-PAT00006
Figure 112009000018541-PAT00006

통계적인 근사방법인 반응표면법은 항상 오차를 포함하고 있고, 통계적인 근사방법인 반응표면법 중 하나인 중심합성계획법에도 오차를 포함하고 있으므로 설계한 후 추정된 근사함수의 오차정도를 확인해야만 한다. 본 발명에서는 추정된 근사함수의 오차정도를 확인하기 위해서 분산분석(Analysis of variance : ANOVA)을 이용하였으며, 표 1에서 n은 실험의 총계이고, k는 적합한 모델에 대한 설계 변수의 수를 나타내었다. 다음은 모델의 적합성을 판단하는데 있어서 중요한 역할을 하는 세 가지 오차합계인 잔차 제곱합(SSE), 총 편차의 제곱합(Syy) 및 회귀 제곱합(SSR)이 있다. The response surface method, which is a statistical approximation method, always contains an error, and the central synthesis planning method, which is one of the response surface methods, which is a statistical approximation method, also includes an error. Therefore, the error degree of the estimated approximation function must be checked after designing. . In the present invention, the analysis of variance (ANOVA) was used to confirm the error degree of the estimated approximation function. In Table 1, n is the total number of experiments, and k represents the number of design variables for the appropriate model. . Next, there are three error sums (SS E ), the sum of squares of total deviations (S yy ), and the regression sum of squares (SS R ) that play an important role in determining the model's suitability.

잔차 제곱합을 SSE 라 하고, 총 편차의 제곱합을 Syy 라 하며, 회귀 제곱합 SSR = Syy - SSE 이다.The residual sum of squares is SS E , the sum of squares of the total deviations is S yy , and the regression sum of squares SS R = S yy -SS E.

여기서,

Figure 112009000018541-PAT00007
here,
Figure 112009000018541-PAT00007

(yi: 관측 값,

Figure 112009000018541-PAT00008
i: 예측 값,
Figure 112009000018541-PAT00009
: 평균 값) (yi: observed value,
Figure 112009000018541-PAT00008
i: predicted value,
Figure 112009000018541-PAT00009
: Average value)

결정계수 R 2 은 Syy와 SSR로 식(5)과 같다.The crystal coefficient R 2 is S yy and SS R , and is represented by Equation (5).

Figure 112009000018541-PAT00010
(5)
Figure 112009000018541-PAT00010
(5)

결정계수는 총변동 중에서 회귀선에 의하여 설명되는 변동이 차지하는 비율을 말한다. R 2 을 수정하기 위한 수정결정계수는The coefficient of determination is the percentage of total variation that is accounted for by the regression line. The correction coefficient for modifying R 2 is

Figure 112009000018541-PAT00011
(6)
Figure 112009000018541-PAT00011
(6)

표 1에서 보는 것과 같이 평균제곱은 제곱합을 자유도로 나눈 것이다. 식(6)은 총 평균 제곱(Syy/n-1)이고, 측도 비율(

Figure 112009000018541-PAT00012
)은 총 평균제곱에 이용되는 추정된 오차분산 값을 분모로 하고, 잔차 평균제곱에 의하여 제공된 추정된 오차분산 값을 분모로 하여 얻은 값이다. 그러므로 회귀선의 타당성은 결정계수(R 2 )과 수정결정계수(
Figure 112009000018541-PAT00013
)에 의하여 결정된다. 도 5는 본 발명에 따른 집중권선 SynRM의 고정자와 회전자의 모든 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 집중권선 SynRM의 회전자와 고정자 설계의 흐름도를 나타낸 것이며, 도 5의 설계 흐름도에 나타난 본 발명에 따른 회전자 및 고정자 설계방법을 순서에 기초하여 기술하면 다음과 같다. As shown in Table 1, the mean square is the sum of squares divided by the degrees of freedom. Equation (6) is the total mean squared (S yy / n-1), and the measure ratio (
Figure 112009000018541-PAT00012
) Is a denominator of the estimated error variance used for the total mean square, and the denominator of the estimated error variance provided by the residual mean square. Therefore, the validity of the regression line is that the coefficient of determination ( R 2 ) and the correction coefficient (
Figure 112009000018541-PAT00013
Is determined by FIG. 5 shows a flow chart of the rotor and stator design of the central winding SynRM for reducing torque ripple based on all design variables of the stator and rotor of the central winding SynRM according to the present invention. The rotor and stator design method according to the present invention will be described based on the sequence.

1. CAD(computer aided design)파일 초기화 및 선처리(pre-processor)작업으로 유한요소 모델링을 위한 데이터를 설정하는 단계이다.1. It is a step to set up data for finite element modeling by computer aided design (CAD) file initialization and pre-processor work.

상기 선처리 작업데이터의 설정은 토크리플을 저감하기 위한 회전자와 고정자 설계에 필요한 구조를 유한요소해석을 위하여 설계 데이터를 모델링하는 것이 다. The preprocessing work data is to model the design data for finite element analysis of the structure required for the rotor and stator design to reduce torque ripple.

2. 상기 토크리플을 저감하기 위한 회전자와 고정자의 설계변수는 토크리플에 영향을 주는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭(X1), 슬롯 깊이 (X2), 치 폭(X3) 그리고 회전자 측의 자속장벽 폭(L1∼L4)으로 채택하고, 회전자의 립(rib) 폭은 제조상의 한계 때문에 고정된 값으로 설정 사용하는 단계이다. 2. The design variables of the rotor and stator to reduce the torque ripple include the slot open width (X1), slot depth (X2), tooth width (X3) and magnetic flux on the rotor side of the stator, which affect the torque ripple. The barrier widths L1 to L4 are adopted, and the rib width of the rotor is set to a fixed value due to manufacturing limitations.

3. 본 발명에서는 반응표면법의 많은 실험적인 설계방법 중에서 표2와 표4에서 나타낸 것처럼 중심합성계획법을 이용하여 설계변수의 범위와 실험횟수를 설정하는 단계이다. 본 발명의 실시 예에서의 실험횟수(N)는 1∼90까지 설정했다. 3. In the present invention, among the many experimental design methods of the response surface method, the range of design variables and the number of experiments are set by using the central synthesis planning method as shown in Tables 2 and 4. The number of experiments N in the embodiment of the present invention was set from 1 to 90.

4. 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 고정자와 회전자 설계를 위하여 개발 제작된 유한요소해석(FEA)을 위한 프로그램을 이용하여 집중권선형 SynRM의 토크리플 값을 계산하는 단계이다.4. It is the step of calculating torque ripple value of concentrated winding type SynRM using the program for finite element analysis (FEA) developed for stator and rotor design of concentrated winding synchronous reluctance motor.

5. 개발 제작된 프로그램에 의하여 FEA로부터 연산된 토크리플 값을 저장하는 단계이다.5. This is a step of storing torque ripple value calculated from FEA by developed program.

상기 유한요소는 작은 격자 형태로 주어지고, 생성된 하나의 격자를 메쉬(mesh)라고 하며, 메쉬의 꼭지점을 이루는 점을 노드(node)라하고, 노드로 연결된 메쉬의 영역을 요소(element)라고 한다.The finite element is given in the form of a small lattice, and the generated lattice is called a mesh, a point forming a vertex of the mesh is called a node, and an area of the mesh connected by the node is called an element. do.

유한요소해석을 이용한 회전자 설계와 관련하여서는 출원인이 2005년 특허로 출원하여 등록 공고된 등록특허공보 제10-0709296호에 개시되어 있다. Regarding the design of the rotor using the finite element analysis, it is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-0709296, which is filed and registered by the applicant in 2005.

6. 상기 실험회수 N을 90으로 설정하였을 때 (N>90 ?)를 체크하는 단계이다.6. It is a step of checking (N> 90?) When the number of experiments N is set to 90.

N이 90보다 클 때에는 최적토크리플을 고찰하며, N이 90보다 작을 때에는 N 값에서 1을 더하여 계속 토크리플 값을 연산하도록 구성되어 있다.When N is larger than 90, the optimum torque ripple is considered. When N is smaller than 90, the torque ripple value is continuously calculated by adding 1 to the N value.

7. 고정자 및 회전자의 설계변수에 따른 형상변화를 위한 변화점 변수와 변화방향은 도2 및 도3에서 나타내고 있다. 7. The change point variables and the change direction for the shape change according to the design variables of the stator and the rotor are shown in FIGS. 2 and 3.

설계변수(X1, X2, X3, L1∼L4)의 변화에 따르는 변화된 고정자 및 회전자 형상을 해석할 때, 유한요소해석을 위하여 선처리 작업을 다수 수행해야하는 어려움이 따른다. When analyzing the changed stator and rotor shape according to the change of design variables (X1, X2, X3, L1 to L4), it is difficult to perform many pretreatment work for finite element analysis.

이러한 이유로, CAD파일은 자동적으로 자속 장벽 폭의 변화에 대하여 다시 그려지도록 프로그램되어 있다. 다음으로 자동으로 메쉬(mesh)작업이 다시 이루어진다(remesh). 여기서 동일한 자속 장벽 수에서 회전자의 x, y좌표만이 변하고 마디번호(node number), 요소 번호(element number), 경계 조건(boundary condition) 등은 변화하지 않는다. For this reason, CAD files are automatically programmed to be redrawn for changes in flux barrier width. Next, meshing is automatically remeshed. Here, only the x and y coordinates of the rotor change at the same number of magnetic flux barriers, and the node number, element number, boundary condition, and the like do not change.

이러한 자동 형상변화 프로그램은 본 발명의 설계 프로그램에 포함하여 프로그램을 설계하여 수행하므로 설계시간을 단축한다. 이러한 실험절차는 N=90까지 실행된다. This automatic shape change program is included in the design program of the present invention to design and execute the program, thereby reducing the design time. This experimental procedure is performed up to N = 90.

8. 설정된 설계변수 및 실험주기의 범위에 따라 유한요소해석을 통해 얻어진 데이터에 의해 반응표면의 모델을 형성하고 최적토크리플을 고찰하였다. 8. Based on the design variables and the range of the experimental period, the model of response surface was formed and the optimal torque ripple was investigated by the data obtained through the finite element analysis.

표2는 반응표면법의 많은 실험적인 설계방법 중에서 중심합성계획법에 의한 설계변수의 범위를 나타내며, 표3은 표2의 설계변수를 바탕으로 유한요소해석을 수행한 반응 값을 나타낸다. 표3에서 나타난 토크리플은 유한요소법으로 구하였다. 이러한 실험적인 결과를 이용하면 2차 다항식은Table 2 shows the range of design variables by the central synthesis planning method among many experimental design methods of the response surface method, and Table 3 shows the response values of finite element analysis based on the design variables in Table 2. The torque ripple shown in Table 3 was obtained by the finite element method. Using these experimental results, the second order polynomial

Figure 112009000018541-PAT00014
=3307.08-53.99X1-17.04X2+21.71X3-1401.44L1+.....-31.46L4-48.901L3L4 (7)
Figure 112009000018541-PAT00014
= 3307.08-53.99X1-17.04X2 + 21.71X3-1401.44L1 + .....- 31.46L4-48.901L3L4 (7)

이고, 표4는 추정된 근사함수의 오차정도를 확인하여 설계된 모델의 적합성 여부의 판단을 위하여 표1에 주어진 수식에 따라 수행된 분산분석의 결과이다. F 0 =20.01은 F (35,53,0.05) =0.1561을 초과했기 때문에 모든 계수 β가 0을 나타내는 무효의 가설은 기각된다. R2=0.892 과

Figure 112009000018541-PAT00015
=0.887에서 총 변동 88.7%는 이는 80% 이상이므로 적합한 모델임을 식 (7)에 의하여 설명되어 질 수 있다는 것을 나타내고, 잔차 평균제곱에 의해 제공된 잔차 변동의 추정은 표1의 수식에서 총 평균제곱을 분모로 하고, 잔차 평균제곱을 분자로 하여 얻은 것으로 11.3%이다.Table 4 shows the results of the variance analysis performed according to the equation given in Table 1 to determine the suitability of the designed model by checking the error degree of the estimated approximation function. Since F 0 = 20.01 exceeded F (35,53,0.05) = 0.1561, the invalid hypothesis that all coefficients β represent 0 is rejected. With R 2 = 0.892
Figure 112009000018541-PAT00015
At 0.887, the total variance 88.7% indicates that this is a suitable model because it is more than 80%, and the estimation of the residual variance provided by the residual mean square gives the total mean square in the formula in Table 1. It was obtained as the denominator and the residual mean square was found as the numerator, which is 11.3%.

표2. 설계변수의 범위 Table 2. Scope of design variables

Figure 112009000018541-PAT00016
Figure 112009000018541-PAT00016

표 3. 중심합성계획법을 이용한 실험 결과 Table 3. Experimental Results Using Central Synthetic Planning

Figure 112009000018541-PAT00017
Figure 112009000018541-PAT00017

X1: 슬롯 오픈 폭, X2: 슬롯 깊이, X3: 치 폭, L1: 자속 장벽1, L2: 자속 장벽2, L3: 자속 장벽3, L4: 자속 장벽4, T peak: peak-peak Torque (Nm), T ave : average Torque (Nm) Tripple: T peak / T ave (%)X1: slot open width, X2: slot depth, X3: tooth width, L1: flux barrier 1, L2: flux barrier 2, L3: flux barrier 3, L4: flux barrier 4, T peak : peak-peak torque (Nm) , T ave : average Torque (Nm) T ripple : T peak / T ave (%)

표 4. 분산분석 (ANOVA) Table 4. ANOVA

Figure 112009000018541-PAT00018
Figure 112009000018541-PAT00018

본 발명에 따라 설계된 토크리플 저감을 위한 집중권선 SynRM의 고정자 및 회전자 모델의 적합성 해석 및 분석에 대하여 살펴본다. 도6 및 도7은 각각 6슬롯 모델의 고정자 및 회전자설계에 대한 초기 모델과 최적 설계된 모델의 비교 형상을 나타낸 것이고, 도8은 집중권선 SynRM의 고정자와 회전자 설계에 대한 초기 모델과 최적 설계된 모델의 비교형상을 나타내고 있다. 도9에서 보여준 것처럼 집중권선 SynRM의 고정자와 회전자 모두의 변수(X1, X2, X3, L1∼L4)를 고려하여 최적 설계된 집중 권선 SynRM의 토크리플은 기존의 24슬롯 모델보다는 더 크지만 각각의 개별적인 고정자 설계모델(109.8%)과 회전자 설계모델(63.8%)의 것보다는 더 작은 토크리플을 얻었다. The suitability analysis and analysis of stator and rotor models of central winding SynRM for reducing torque ripple designed according to the present invention will be described. Fig. 6 and Fig. 7 show the comparative shapes of the initial model and the optimally designed model for the stator and rotor design of the 6-slot model, respectively, and Fig. 8 shows the initial and optimal design of the stator and rotor design of the central winding SynRM. The comparative shape of the model is shown. As shown in Fig. 9, the torque ripple of the optimally designed concentrated winding SynRM is larger than the conventional 24-slot model considering the variables (X1, X2, X3, L1 to L4) of both the stator and the rotor of the central winding SynRM. Smaller torque ripple was obtained than that of the individual stator design model (109.8%) and rotor design model (63.8%).

자속 장벽 수가 5개이고 X1이 2.00[㎜], X2가 14.00[㎜], X3이 14.00[㎜], L1이 3.564[㎜], L2가 1.653[㎜], L3이 2.253[㎜], L4가 3.033[㎜]일 때 도4와 표3에서 보여준 것처럼 집중권선 SynRM의 토크리플은 최소가 된다(56.3%). 결과적으로, 고정자 및 회전자의 개별적인 설계모델의 토크리플보다 고정자와 회전자 설계 모델의 토크 리플(56.3%)은 24슬롯 모델(48.3%)에 상당히 근접하였다.The number of magnetic flux barriers is 5 and X1 is 2.00 [mm], X2 is 14.00 [mm], X3 is 14.00 [mm], L1 is 3.564 [mm], L2 is 1.653 [mm], L3 is 2.253 [mm], and L4 is 3.033. At [mm], the torque ripple of the concentrated winding SynRM is minimal (56.3%), as shown in Figs. As a result, the torque ripple (56.3%) of the stator and rotor design models was significantly closer to the 24-slot model (48.3%) than the torque ripple of the individual design models of the stator and rotor.

따라서, 본 발명은 집중권선 SynRM의 토크 리플을 감소시키기 위해 반응표면법을 이용한 최적설계 방법을 제공하였다. 집중권선 SynRM의 생산비 절감하고 성능 향상을 위해 집중권선 SynRM의 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 최적설계를 수행하였다. 빠른 설계를 위해서 자동으로 형상변화에 따르는 CAD파일을 작성하고 선처리 작업을 하는 프로그램을 설계 프로그램에 포함하여 설계시간을 단축하였다. 기 존설계로부터 시작하여 최적의 설계 값이 선택되었고, 이는 유사 모터 설계에 중요한 자료가 될 것이다. 또한, RSM은 집중권선 SynRM과 다른 기기의 최적 설계를 위해 좋은 수단으로 고려되어질 수 있다.Accordingly, the present invention provides an optimal design method using the response surface method to reduce the torque ripple of the concentrated winding SynRM. In order to reduce the production cost and improve the performance of the concentrated winding SynRM, the optimum design was designed to reduce torque ripple based on the design variables of both the stator and the rotor, not the individual design of the stator or the rotor. In order to speed up the design, the CAD program automatically creates the CAD file according to the shape change and the preprocessing program is included in the design program to reduce the design time. Starting from the existing design, the optimal design values were chosen, which would be important data for similar motor design. RSM can also be considered as a good means for optimal design of SCR and other devices.

본 발명은 집중권선 SynRM의 토크리플과 관련된 고정자 혹은 회전자만의 개별적인 설계가 아닌 고정자와 회전자 모두의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계하기 위하여 초기 시작기의 CAD파일, 선처리 작업데이터를 설정하는 단계를 거쳐서, 제조상의 한계 때문에 회전자의 립(rib) 폭은 고정 값으로 설정하고, 토크리플에 영향을 주는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭(X1), 슬롯 깊이 (X2), 치 폭(X3) 및 회전자 측의 자속장벽 폭(L1∼L4)으로 설계 변수를 채택하는 단계를 거쳐서, 많은 반응표면법 중에서 중심합성계획법을 이용하여 설계변수의 범위와 실험횟수를 설정하는 단계를 거쳐서, 유한요소해석(FEA)을 이용하여 토크리플 값을 계산하는 단계를 거쳐서, 상기 계산되어진 토크리플 값을 메모리에 저장하는 단계로 이루어진 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크 리플 저감에 관한 회전자 및 고정자 설계방법을 제공하므로 생산비 절감하고 성능을 향상시킬 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다. The present invention provides the CAD file of the initial starter to design the rotor and stator to reduce torque ripple based on the design variables of both the stator and the rotor, not the individual design of the stator or rotor related to the torque ripple of the central winding. After setting the preprocessing work data, due to manufacturing limitations, the rib width of the rotor is set to a fixed value, and the slot open width (X1) and slot depth (X2) on the stator side affecting torque ripple. ), The width of the variable (X3) and the width of the magnetic flux barrier (L1 to L4) on the rotor side. Through the step of calculating the torque ripple value using the finite element analysis (FEA), the concentrated consisting of the step of storing the calculated torque ripple value in the memory Line synchronous reluctance provide a rotor and a stator design method according to the torque ripple reduction of reluctance motors because it is very high industrial applicability because it can reduce production costs and increase performance.

도1 : 본 발명에 따른 집중권선 SynRM의 설계변수를 도시한 도면1 is a diagram showing design parameters of a concentrated winding SynRM according to the present invention.

도2 : 본 발명에 따른 회전자의 변화점 변수와 변화 방향을 도시한 도면2 is a view showing the change point variable and the change direction of the rotor according to the present invention

도3 : 고정자의 변화점 변수와 변화 방향을 도시한 도면3 is a diagram showing change point variables and direction of change of the stator;

도4 : 반응표면법의 기본 개념을 도시한 도면4 shows the basic concept of the response surface method.

도5 : 본 발명에 따른 설계절차의 흐름도5 is a flow chart of a design procedure according to the present invention

도6 : 고정자 설계에 대한 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 도시한 도면Fig. 6 shows a comparison of the initial model and the optimal model for the stator design

도7 : 회전자 설계에 대한 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 도시한 도면7 shows a comparison of the initial model and the optimal model for the rotor design.

도8 : 고정자와 회전자 설계에 대한 초기 모델과 최적 모델을 비교하여 도시한 도면 8 shows a comparison of an initial model and an optimal model for the stator and rotor design.

도9 : 본 발명에 따른 집중권선 SynRM 고정자와 회전자의 설계방법에 따라 계산된 토크리플의 해석 결과를 도시한 도면9 is a diagram showing an analysis result of a torque ripple calculated according to a design method of a concentrated winding SynRM stator and a rotor according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

11; 립(rib) 12;회전자 세그먼트(roter segment)11; Rib 12; roter segment

13; 슬롯 깊이(X2) 14; 치 폭(X3)13; Slot depth (X2) 14; Tooth width (X3)

15; 슬롯 오픈 폭(X1) 16; 공극(air gap)15; Slot open width (X1) 16; Air gap

L1∼L4 ; 회전자 측의 자속장벽 폭L1-L4; Magnetic flux width on the rotor side

Claims (7)

집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 설계변수를 기초로 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법에 있어서, In the rotor and stator design method for reducing torque ripple based on the design variables of the concentrated winding synchronous reluctance motor, 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자를 설계하기 위하여 CAD파일 초기화하는 단계;Initializing the CAD file to design a rotor and a stator for reducing torque ripple; 회전자의 립 폭은 고정 값으로 설정하고, 토크리플에 영향을 주는 고정자 측의 슬롯 오픈 폭, 슬롯 깊이, 치 폭 및 회전자 측의 자속장벽 폭을 설계변수로 채택하여 유한요소해석을 위한 설계 데이터를 모델링하는 단계;The lip width of the rotor is set to a fixed value, and it is designed for finite element analysis by adopting the slot open width, slot depth, tooth width, and magnetic flux barrier width on the rotor side that affect torque ripple as design variables. Modeling the data; 통계적인 근사방법인 반응표면법 중 하나인 중심합성계획법을 이용하여 설계변수의 범위와 실험횟수를 설정하는 단계; 및Setting a range of design variables and the number of experiments using the central synthesis planning method, which is one of the reaction surface methods, which is a statistical approximation method; And 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자와 고정자 설계를 위하여 제작된 유한요소해석 프로그램을 이용하여 토크리플 값을 계산하는 단계로 이루어진 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법.Design of rotor and stator for reducing torque ripple of concentrated winding synchronous reluctance motor consisting of calculating torque ripple using finite element analysis program designed for rotor and stator design of central winding synchronous reluctance motor Way. 청구항1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 설계변수를 설정 입력하여 얻은 토크리플 값에는 상기 사용된 중심합성계획법에 오차를 포함하고 있으므로 추정된 근사함수의 오차정도를 확인하여 설계된 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자 모델의 적합성 여부의 판단을 분산분석으로 이루어짐을 특징으로 하는 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크 리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법.Torque ripple values obtained by setting and inputting the design variables include the error in the central composition planning method. Therefore, the suitability of the rotor and stator model of the concentrated winding synchronous reluctance motor designed by checking the error degree of the estimated approximation function The rotor and stator design method for reducing torque ripple of a concentrated winding synchronous reluctance motor, characterized in that the determination is made by analysis of variance. 청구항2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 오차정도를 확인하기 위하여 사용하는 분산분석에서 회귀선의 타당성은 결정계수(R 2 )과 수정결정계수(
Figure 112009000018541-PAT00019
)에 의하여 이루어짐을 특징으로 하는 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법.
The validity of the regression line in the analysis of variance used to check the degree of error is the coefficient of determination ( R 2 )
Figure 112009000018541-PAT00019
Rotor and stator design method for reducing the torque ripple of the concentrated winding synchronous reluctance motor, characterized in that consisting of.
청구항1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 설계변수와 토크리플사이의 관계를 컴퓨터에 의한 시뮬레이션을 통해서 찾아내되, 적은 횟수의 실험으로 반응곡면을 추정하기 위하여 중심점과 축점을 요인실험에 추가시킨 중심합성계획법을 적용함을 특징으로 하는 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법.Finding the relationship between the design variable and torque ripple through computer simulation, focusing on applying central synthesis planning method with center point and axial point added to factor test in order to estimate the response surface with a small number of experiments Rotor and stator design method to reduce torque ripple of winding synchronous reluctance motor. 청구항1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 설계변수(X1, X2, X3, L1∼L4)의 변화에 따르는 변화된 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 고정자 및 회전자 형상을 해석시에 동일한 자속 장벽 수에서는 회전자의 x, y좌표만이 변하고, 마디번호, 요소 번호 및 경계 조건을 변화하지 않음을 특징으로 하는 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법.When analyzing the stator and rotor shape of the changed concentrated winding synchronous reluctance motor according to the change of the design variables (X1, X2, X3, L1 to L4), only the x and y coordinates of the rotor change at the same flux barrier number. A rotor and stator design method for reducing torque ripple of a concentrated winding synchronous reluctance motor, characterized by not changing the node number, element number, and boundary condition. 청구항2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 설계된 모델의 적합성 여부의 판단에 사용되는 오차는 잔차 제곱합( SSE), 총 편차의 제곱합(Sy) 및 회귀 제곱합(SSR) 중 하나 이상을 선택 사용하여 이루어짐을 특징으로 하는 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플을 저감하기 위한 회전자 및 고정자 설계방법.Central winding synchronization characterized in that the error is used to determine the suitability of the model is selected by using one or more of the sum of the residual square sum (SS E) , the sum of squares of the total deviation (S y ), and the regression sum of squares (SS R ). Rotor and stator design method to reduce torque ripple of reluctance motor. 청구항1내지 청구항6 중 어느 한 항의 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 토크리플을 저감하기 위한 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자 설계방법에 의하여 제작된 집중권선 동기 릴럭턴스 전동기의 회전자 및 고정자.The rotor and stator of the concentrated winding synchronous reluctance motor manufactured by the method of designing the rotor and stator of the concentrated winding synchronous reluctance motor for reducing torque ripple of the lumped winding synchronous reluctance motor according to any one of claims 1 to 6. .
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