Study on Design to Reduce Iron Loss and Permanent Magnet Eddy Current Loss of IPMSM

Abstract

In this paper, a geometry is proposed to reduce core losses and eddy-current losses in permanent magnets of concentrated winding permanent magnet motors. Concentrated windings are generally advantageous in terms of manufacturability compared to distributed windings and are suitable for applications requiring compact size and high efficiency. However, they have disadvantages in terms of core losses and eddy-current losses in permanent magnets due to harmonic effects. Furthermore, in permanent magnet synchronous motors, core losses and eddy-current losses in permanent magnets increase significantly with higher frequencies, making it essential to minimize these losses for high-speed operation. In this study, a tapered structure is applied to a V-type geometry, and a barrier structure is designed for the q-axis to minimize core losses and eddy-current losses while maintaining output performance. Using finite element analysis, the performance of the proposed model is compared with that of a conventional model, confirming its advantage in improving efficiency under high-speed conditions.

본 논문에서는 치집중권 영구자석 전동기의 철손 및 영구자석의 와전류손을 저감하기 위한 형상을 제안한다. 일반적으로 집중권은 분포권 대비 제작성 측면에서 유리하며 소형 및 고효율을 요구하는 분야에 적합하다. 하지만 고조파로 인해 철손이나 영구자석의 와전류손에서 불리한 측면을 가지고 있다. 또한 영구자석 동기전동기에서 철손 및 영구자석의 와전류 손실은 주파수가 증가함에 따라 크게 증가하므로 고속화를 위해서는 이러한 손실을 저감하기 위한 설계가 필수적이다. 본 논문에서는 V-Type 형상에 태퍼링 구조를 적용함과 동시에 q 축자로에 대한 배리어 구조를 고안하여 출력에 대한 저하는 최소화 시키며 철손 및 영구자석의 와전류손을 최소화 시켰다. 유한요소해석법을 통해 기존 모델과 최종 모델에 대한 성능을 비교하여 고속에서 효율을 높이는데 유리한 것을 확인하였다.