본 논문에서는 외전형 영구자석 동기전동기의 영구 자석 및 할바 자석 어레이 조합에 따른 특성 분석을 진행하였다. 다양한 산업분야에서 고특성의 전동기가 요구됨에 따라 고효율 및 경량화 된 전동기 설계 연구가 필요하다. 이때, 전동기의 중량은 영구자석, 철심, 권선 사용량 및 무게가 영향을 끼치고, 효율에는 동손과 철손 등을 포함한 손실과 토크가 영향을 미친다. 그러므로 전동기의 비출력을 향상시키기 위해서는 영구 자석의 성능을 높이고 철심의 무게를 가볍게 해야 한다. 이를 만족하기 위해 영구자석의 극수를 향상시키거나 할바 자석 어레이를 적용하는 방법 등이 존재한다. 할바 어레이를 적용하게 되면 자속의 방향이 한쪽으로 집중되기 때문에 자속의 경로 역할을 하는 요크 사용량도 저감시킬 수 있다. 그러므로 전동기의 경량화 및 출력 특성 향상에 기여할 수 있게 된다. 따라서, 이 논문에서는 할바 자석 어레이 적용 및 영구자석 배열에 따른 전동기에 대해 분석하고 유한요소해석법 (FEM, finite element method)을 이용하여 최종 모델에 할바 어레이를 적용함에 따라 출력밀도가 약 15% 향상됨을 확인하였다.
This study examined the characteristics of an external type permanent magnet synchronous motor according to the combination of permanent magnets and Halbach array. As motors with the required characteristics are in demand in various industrial fields, research on designing highly efficient and lightweight motors is necessary. At this time, the weight of the motor is affected by the amount and weight of the permanent magnet, iron core, and winding coil, and the efficiency is affected by the torque and losses, including copper loss and iron loss. Therefore, the performance of the permanent magnet must be increased, and the weight of the iron core must be decreased to improve the specific power of the motor. Increasing the number of poles or applying a Halbach array can satisfy this. As a result, the direction of the magnetic flux is concentrated to one side, so the amount of yoke used as a path for the magnetic flux can also be reduced. Hence, the weight of the motor can be reduced and its output characteristics improved. Therefore, this study analyzed the motor according to the Halbach array and permanent magnet arrangement. The finite element method confirmed that the power density was improved by approximately 15% by applying the Halbach array.