Considering numbers of the complicate shape features and electric parameters of switched reluctance motors, the development of shape optimization methods which can minimize objective function (e.g., motor weight) while satisfying constraints (e.g., average torque, torque fluctuation, maximum current) was a major issue in research field of motors. Our goal is to propose the shape optimization framework which can consider both complicate shape features and electric parameters through the gradient-based optimization, thereby developing high performance and low cost switched reluctance motors. In this study, we proposed new design strategies (e.g., a circular hole, pole-notch representation using spline nodes, and conforming coils) for the complicate shape design. Also, in order to verify the new shape optimization framework, we performed the shape optimization in both geometric and electric domains (e.g., the rotor/stator of SRMs and the Voltage on-off angles) simultaneously. In order to enhance the product competitiveness, the optimization formulation was set as minimizing the motor weight while satisfying the adequate average torque and torque ripple levels. In order to prevent severe thermal loss, the maximum current flowing the winding coils was also limited under the proper value. In this research, the nonlinear magnetic analysis was performed by using ANSYS Maxwell which is a finite element analysis software, and the 3-phase torque was analytically derived by using a virtual work principle. As results, the optimal shape of the switched reluctance motors having low weight was determined through the proposed shape optimization while satisfying the desired average torque, torque ripple, maximum current, and other geometric constraints.
스위치드 릴럭턴스 모터의 복잡한 형상 특징과 전기 변수를 고려하여, 제약 조건들(예: 평균 토크, 토크 변동, 최대 전류)을 만족시키면서 목적 함수(예: 모터 중량)를 최소화 할 수 있는 형상 최적화 방법론의 개발은 모터의 연구 분야에서 주요 관심사였다. 본 연구의 목표는 복잡한 형상과 인자들과 전기적 변수들을 함께 고려할 수 있는 형상최적화 프레임워크를 개발하는 것이다. 본 연구에서, 우리는 복잡한 형상 설계를 위한 새로운 디자인 전략 (예: 원형 홀, 스플라인 노드를 사용한 폴-노치 표현을 제안하였다. 또한, 새로운 형상 최적화 프레임워크를 입증하기 위해, 우리는 기하학적 도메인과 전기적 도메인(예: 스위치드 릴럭턴스 모터의 회전자/고정자, 전압 on-off 각도)에서 동시에 형상 최적화를 수행하였다. 제품의 경쟁력을 강화하기 위해, 최적설계 수식은 적절한 평균 토크와 토크 변동 수준을 유지하면서, 모터의 무게를 최소화 하는 것으로 설정하였다. 또한 심한 열 손실을 방지하기 위해, 코일을 흐르는 최대 전류는 적절한 값 이하가 되도록 제한되었다. 본 연구에서는, 상용 유한요소 소프트웨어인 ANSYS Maxwell을 사용하여 비선형 자기 해석을 수행하였으며, 3상 토크를 해석적으로 유도하였다. 결과적으로, 제안된 형상 최적화 프레임워크를 통해 적절한 평균 토크, 토크 변동, 최대 전류 수준을 만족하면서 적은 무게를 갖는 모터의 최적 형상이 결정 되었다.