The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.53
no.3
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pp.143-151
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2004
High-speed permanent magnet machines are likely to be a key technology for electric drives and motion control systems for many applications, since they are conductive to high efficiency, high power density, small size and low weight. In high-speed machines, the permanent magnets are often contained within a retaining sleeve. However, the sleeve and the magnets are exposed to high order flux harmonics, which cause parasitic eddy current losses. Rotor losses of high-speed machines are of great importance especially in high-speed applications, because losses heat the rotor, which is often very compact construction and thereby difficult to cool. This causes a danger of demagnetization of the NdFeB permanent magnets. Therefore, special attention should be paid to the prediction of the rotor losses. This paper is concerned with the rotor losses in permanent magnet high-speed machines that are caused by permeance variation due to stator slotting. First, the flux harmonics are determined by double Fourier analysis of the normal flux density data over the rotor surface. And then, the rectilinear model was used to calculate rotor losses in permanent magnet machines. Finally, Poynting vector have been used to investigate the rotor eddy current losses of high-speed Permanent magnet machine.
Zhou, Yu;Li, Huaishu;Wang, Wei;Cao, Qing;Zhou, Shi
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.3
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pp.1025-1034
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2015
This paper presented an improved analytical method for calculating the open-circuit magnetic field in the surface-mounted permanent magnet machines accounting for slots and eccentric magnet pole. Magnetic field produced by radial and parallel permanent magnet is equivalent to that produced by surface current according to equivalent surface-current method of permanent magnet. The model is divided into two types of subdomains. The field solution of each subdomain is obtained by applying the interface and boundary conditions. The magnet field produced by equivalent surface current is superposed according to superposition principle of vector potential. The investigation shows harmonic contents of radial flux density can be reduced a lot by changing eccentric distance of eccentric magnet poles compared with conventional surface-mounted permanent-magnet machines with concentric magnet poles. The FE(finite element) results confirm the validity of the analytical results with the proposed model.
Jang Seok-Myeong;Choi Jang-Young;Cho Han-Wook;Park Ji-Hoon
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.576-585
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2005
This paper deals with the electromagnetic field analysis of slotless brushless permanent magnet machines with three different magnetization patterns such as Halbach, parallel and radial magnetization. The magnetization modeling of Halbach, parallel and radial magnetization is performed analytically. And then, analytical solutions for open-circuit field distributions, armature reaction field distributions, flux linkages due to PMs and stator windings, torque, back-emf and inductance are derived in terms of magnetic vector potential and two-dimensional (2-d) polar coordinate systems. The analytical results are validated extensively by finite element (FE) analyses. The magnet volume required in order to produce identical flux density is compared with each magnetization. Finally, analytical solutions and derivation procedures of those presented in this paper can be applied to slotless and slotted brushless permanent magnet AC and DC machines.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.3
no.1
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pp.40-47
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2014
Sinusoidal back-EMF waveform of vernier Permanent Magnet (PM) machines is analyzed in this paper. An analytical expression of Electromotive Force (EMF) of electric machines including vernier machines is developed to analyze EMF harmonics, and the effect of vernier PM machine pole ratio, the ratio of number of rotor poles to stator poles, on the EMF waveform. Moreover, this paper represents several Finite Element Analysis (FEA) models to verify the analysis based on the proposed expression, and the effect of tooth width ratio, which is the ratio of tooth width to tooth pitch, on back-EMF of vernier PM machines, and optimal tooth width ratio is obtained and verified by FEA. Finally, this paper makes comparisons between EMF waveform of vernier PM machines and that of traditional PM machines from the point of view of analytical EMF expression.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.55
no.3
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pp.138-145
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2006
It is well known that the accurate calculation of the field distribution is essential for the design of electrical machines. The analytical techniques for electromagnetic field can quickly and exactly determine airgap magnetic field distribution in electrical machines. Many analytical techniques have been investigated to predict the magnetic field distribution in PM machines equipped with permanent magnets. Using the analytical technique by transfer relations, D. L. Trumper and K. R. Davey already presented the design and analysis of linear permanent-magnet machines and induction machines, respectively. Using the transfer relations (Melcher's general methodology) to describe electromagnetic phenomena, this paper deals with the analysis on the magnetic field distribution due to PM and winding current, the induced voltage and the static torque characteristics in surface-mounted slotless type permanent magnet machine. The validity of the analysis results is confirmed by finite element (FE) analysis.
Lee, Sun-Kwon;Kang, Gyu-Hong;Kim, Byoung-Woo;Hur, Jin
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.3
no.4
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pp.398-402
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2014
This paper presents the comparison study of permanent magnet (PM) eddy current of concentrated winding type surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM) with different rare-earth magnet shapes. The fractional slot winding having 10 poles and 12 slots is studied. The PM eddy current is analyzed to compare for each shape by 2 dimensional (2D) finite element analysis (FEA). The eddy current and their loss of particular position of PM as well as their distributions are displayed for each model. The effect of partly enlarged air-gap made by PM shape to PM eddy current is compared.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.4
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pp.429-435
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2013
This paper proposes a sensorless speed control based on a novel extension of the torque producing flux (active flux) observer for the surface mounted permanent magnet synchronous machines (SPMSM) without additional high frequency signal injection. From the estimated torque producing flux, the rotor position and speed can be calculated at low speed due to their independency. Therefore, no rotor position sensor is required. Two approaches of the torque producing flux observer are presented and compared. The results show the stability and robustness of the expansion of the torque producing flux observer at low speed for the SPMSM.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.4
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pp.505-508
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2012
A permanent magnet flux switching (PMFS) machine has a simple rotor, whilst both magnets and coils are set in the stator, resulting in easy removal of heat due to both copper loss and eddy current loss in magnets. However, the volume of magnets used in PMFS machines is usually larger than in conventional PM machines, and leakage flux does exist at the non-airgap side. To make full use of the magnets and gain higher power density, a novel 3-dimensional (3D) field PMFS machine is developed. It combines merits of the tubular linear machine, external-rotor rotary machine and axial-flux rotary machine, hence, offers high power density and peak torque capability, as well as efficient utility of magnets owing to the unique configuration of triple airgap fields.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.5
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pp.942-948
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2011
This paper deals with characteristic analysis of axial flux permanent magnet (AFPM) machines with axially magnetized PM rotor using quasi-3-D analysis modeling. On the basis of magnetic vector potential and a two-dimensional (2-D) polar-coordinate system, the magnetic field solutions due to various PM rotors are obtained. In particular, 3-D problem, that is, the reduction of magnetic fields near outer and inner radius of the PM is solved by introducing a special function for radial position. And then, the analytical solutions for back-emf and torque are also derived from magnetic field solutions. The predictions are shown in good agreement with those obtained from 3-D finite element analyses (FEA). Finally, it can be judged that analytical solutions for electromagnetic quantities presented in this paper are very useful for the AFPM machines in terms of following items : initial design, sensitivity analysis with design parameters, and estimation of control parameters.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.1
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pp.32-39
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2012
With the aid of genetic algorithm (GA), global optimization with multiple geometry parameters is feasible in the design of switched flux permanent magnet (SFPM) machines. To investigate the advantages of global optimization over individual optimization, which has been used extensively for the design of SFPM machines, a comparison between the two approaches is carried out for the case of fixed copper loss and volume. In the case of individual parameter optimization, the sequence in which the individual parameters are optimized is very important. In the global optimization a better design can always be achieved although the corresponding torque density is found to be only slightly better than that of individually optimized with correct design sequence. By using the obtained global optimization results, the performance in machines having two types of stator and rotor pole combinations, i.e. 12/10 and 12/14, are compared, and it is shown that higher torque is exhibited in the 12/14 SFPM machine. Finally, this paper also demonstrates that global optimization, with the restriction of equal pole width, magnet thickness and slot opening, can maximize the torque density without significantly sacrificing other performance, such as cogging torque and overload capability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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