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영어

A drive system powered by electricity relies on its on-board batteries. Therefore, it is important to improve the performance of the traction motor. Permanent magnet synchronous motors (PMSMs) have been predominantly used in fields that require high power density and high efficiency characteristics. Recently, research using the hairpin winding with rectangular wire has been actively conducted. Therefore, a study on the PMSM with rectangular wire for improving the performance of the traction motor is conducted. The objective function is to minimize the total harmonic distortion (THD) of the Back-EMF. The average torque, torque ripple, and line-to-line voltage are set as constraints. Sensitivity analysis is conducted to select significant parameters. The design of experiments is performed using the optimal latin hypercube design (OLHD) technique. Using 11 metamodeling techniques and root mean square error test (RMSE Test), the metamodel with the highest accuracy is combined with the sequential two-point diagonal quadratic approximate optimization (STDQAO) algorithm and hybrid metaheuristic algorithm (HMA) to derive the optimal point. Finally, the validity of the optimal design based on the metamodel is verified through the finite element analysis (FEA) for each optimal point.

한국어

전기를 동력으로 사용하는 구동 시스템은 탑재된 배터리를 활용하기 때문에 구동용 전동기의 성능을 향 상시키는 것이 중요하다. 고출력 및 고효율의 특성을 필요로 하는 분야에서는 주로 영구자석형 동기전동기가 사용 되고 있으며, 최근에는 평각동선을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 구동용 전동기의 성능 향상을 목표로 평각동선이 적용된 영구자석형 동기전동기에 대한 연구를 수행하였다. 목적 함수는 역기전력 의 고조파 왜형률을 최소화하는 것이며, 제약 조건은 평균 토크, 토크 리플, 선간 전압으로 설정하였다. 민감도 분 석을 통해 유의한 설계 변수를 선정하고, OLHD (Optimal Latin Hypercube Design) 샘플링 기법을 활용하여 실 험계획을 수행하였다. 11개의 메타모델링 기법과 RMSE Test (Root Mean Square Error Test)를 통해 정확도가 가장 높은 메타모델을 STDQAO (Sequential Two-point Diagonal Quadratic Approximate Optimization) 알고 리즘 및 HMA (Hybrid Metaheuristic Algorithm) 알고리즘과 결합하여 최적점을 도출하였으며, 각 최적점에 대 한 유한요소해석을 통해 메타모델 기반 최적 설계의 타당성을 검증하였다. 결과적으로 본 연구에서는 영구자석형 동기전동기의 메타모델 기반 형상 최적 설계를 통해 제약 조건을 만족하면서 목적 함수인 역기전력의 고조파 왜 형률의 최소화가 가능함을 알 수 있었으며, 제안하는 메타모델 기반 최적 설계기법이 친환경차 구동모터의 성능 향상에 유용함을 확인하였다.