• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.7
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• pp.726-733
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• 2017

A magnetic shutter gear is a device that transfers mechanical power by synchronizing the magnetic field between permanent magnet layers facing circumferentially through a harmonic modulator. However, magnetic gears uses many rare-earth permanent magnets to guarantee comparable torque density to that of mechanical reducer. Hence, we propose a novel axial magnetic gear with a dramatically reduced number of permanent magnets and a closed magnetic path. The torque of the system was compared to that of an existing shutter gear through a harmonic analysis of the air-gap magnetic field. The modulator thickness and open ratio were considered as the primary design parameters, and the cogging effect was analyzed for variation of the reduction ratio. A dynamic model between the high-speed side and low-speed side was derived, and position control was performed for a constructed hardware implementation.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2001.07b
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• pp.599-601
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• 2001

This paper investigates the permanent magnet (PM) overhang effect on the characteristics such as cogging torque and torque in brushless DC motor (BLDCM). The overhang effect has been used to enlarge the performance of the radial flux density in BLDCM and balance the force in the axial direction for the reduction of the vibration. 3D equivalent magnetic circuit network method (3D EMCNM) is used for the accurate and efficient analysis. The characteristics of BLDCM are analyzed according to the variation of overhang length and the optimal length and ratio of overhang is determined.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2002.04a
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• pp.40-42
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• 2002

This paper presents the optimal design of BLDC motor keeping the average torque and cogging toruqe of the initial model while minimizing the volume of magnet pole by FEM and Taguchi method. Experimental tests are performed by Finite element method, and the second order polynomial equations are obtained from FEM results due to design parameter variation referred to orthogonal arrays by Taguchi. The presented optimization shows a big reduction of computation time and a largely reduced volume of magnet pole.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.816-817
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• 2015

본 논문에서는 매입형 영구자석 전동기의 코깅토크 저감을 위해 회전자 표면에 노치를 적용하여 최적 설계를 수행하였다. 최적 설계를 위해 전역 최적점의 빠른 탐색이 가능한 크리깅 근사모델을 이용한 진화전략 알고리즘이 사용되었다. 설계 변수인 노치 크기에 대해 코깅 토크를 목적 함수로 두고 최적 설계를 진행하였으며, 이를 통해 찾은 전역 최적점과 지역 최적점 가운데 역기전력 특성을 고려하여 최종 설계안을 도출하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2011.07a
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• pp.969-970
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• 2011

본 논문은 표면부착형 영구자석 동기전동기(Surfacemounted Permanent Magnet Synchronous Motor)의 영구자석 offset의 변화와 노치(notch)의 적용에 따른 코깅토크 저감 특성을 분석하고, 중심합성계획법(Central Composite Design)을 이용한 최적 모델 설계에 대한 연구이다. 영구자석 offset만 적용한 모델의 경우 코깅토크의 피크-피크값은 95%로 크게 저감되었지만 정격전류 인가시 평균토크의 감소율이 12.3%로 출력 손실이 크기 때문에 최적 설계를 통해 추가적으로 노치를 적용하고 영구자석 Offset을 조절함으로써 코깅토크 저감율을 96.5%로 개선시킬 수 있었고, 평균토크의 감소율은 7.7%로 영구자석 offset만 적용한 모델보다 평균토크의 감소량이 작아진 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.07b
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• pp.749-750
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• 2006

대용량 BLDC 모터의 진동과 소음의 원인은 영구자석과 슬롯형상에 의한 코깅토크와 전류 파형에 의한 고주파이다. 특히 대용량 BLDC의 경우 코깅토크에 의한 진동 및 소음의 영향이 상대적으로 큰 값을 가지게 되며, 본 연구는 5MW급 연구자석형 전동기에서 코깅토크 발생원인 중 하나인 영구자석의 형상을 최적화하기 위하여 RSM(Response Surface Method)과 민감도기법을 적용하여 코깅토크 저감을 위한 연구를 하였다. FEM에 의해서 자속밀도분포와 토크를 계산하고, 1개의 목적함수와 3개의 설계변수를 설정하여 최적화 하였다. FEM과 최적화기법(RSM+민감도기법)을 결합하여 영구자석의 형상을 최적화한 결과 코깅토크의 ripple이 최대 20%정도로 감소되었으며, 목적함수와 설계변수의 개수에 따라 더욱 개선될 수 있다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.790-791
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• 2015

본 논문에서는 Radial flux density($B_r$)를 고려하여 매입형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)에서 진동, 소음 발생의 원인이 되는 코깅토크를 최적화하는 방법을 제시한다. Maxwell Stress Method에 의하면 토크는 $B_r$에 비례한다. 따라서 $B_r$과 토크의 상관관계를 이용하여 코깅토크를 저감시켰다. 코깅토크가 가장 큰 회전자의 위치에서 회전자 표면의 $B_r$을 확인한 후 에 노치(Notch)를 적용할 위치를 선정하였다. 그리고 제안한 방법이 매입형 영구자석 동기 전동기 모델에서 효과적으로 코깅토크를 저감시키는 것을 유한요소법을 통해 검증하였다.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• v.12 no.5
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• pp.1842-1850
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• 2017

Reducing the noise and vibration of the BLDC motors is very essential for some special applications. In this paper, a new structural design is introduced to increase the natural frequencies of the stator in BLDC motors as increasing the natural frequencies can reduce the severe effects of the structural resonances, including high levels of noise and vibration. The design is based on placing a single hole on definite regions at the stator cross sectional area (each region contains one tooth and its upper parts in the stator yoke) in an optimum way by which the natural frequencies at different modes are shifted to the higher values. The optimum diameter and locations for the holes are extracted by the Response Surface Methodology (RSM) and the modal analyses in the iterative process are done by Finite Element Method (FEM). Moreover, the motor performance by the optimum stator structure is analyzed by FEM and compared with the prototype motor. Preventing the stator magnetic saturation and the motor cogging torque enhancement are the two constraints of the optimization problem. The optimal structural design method is applied experimentally and the validity of the design method is confirmed by the simulated and experimental results.