본 논문은 영구자석 전동기의 특성 해석과 최적 설계를 위한 해석 기법을 소개한다. 제안된 해석 기법은 자계 재 구성법(Field reconstruction method)에 기반한다. 우선 기존의 FRM이 가지는 단점과 한계를 분석하고, 새로운 분석적 이론을 제시한다. 본 해석 기법은 다양한 영구자석 전동기 중 선형 원통형 영구자석 전동기(Linear tubular permanent magnet motor, LTPMM), 선형 평판형 영구자석 전동기(Linear planner permanent magnet motor, LPPMM), 3-leg 선형 영구자석 전동기(Three-leg permanent magnet motor, TLPMM) 및 축 방향 자속 영구자석 전동기(Axial flux permanent magnet motor, AFPMM)에 적용한다.

먼저, LTPMM에 FRM을 적용하기 위해 단부 효과가 조사되었다. 기존의 FRM은 영구자석 회전기에만 적용되어 왔기 때문에 단부 효과로 인한 공극 자속 분포의 왜곡을 고려하지 않는다. 본 논문에서는 단부 효과의 영향을 고려한 FRM과 이것을 사용한 특성 해석법을 제안한다. 또한, 차량 내 전자기 액티브 서스펜션용 LTPMM의 비교 분석 결과와 최적 설계를 제시한다.

기존 FRM은 2차원 해석 모델에서만 사용되어 왔기 때문에, 3차원적 특성을 고려하지 않는다. 본 논문에서는 영구자석의 스큐와 오버행 구조를 가지는 LPPMM의 3차원 구조를 고려했다. 3차원 공극 자속 분포를 재구성하기 위해 가상 공극 섹션법이 소개된다. 또한, LPPMM의 보조 치 최적 설계 기법과, 선형기에서의 영구자석 최적스큐 길이를 결정하는 방법을 제안한다. 한편, TLPMM의 새롭고 복잡한 3차원 공극에서의 자계 분석을 통해 제안된 해석 기법의 범용성을 검증했다.

제안된 해석 기법을 활용한 새로운 준-3-D (Quasi-3-D) 유한요소 해석법이 소개된다. AFPMM의 특성 해석에 사용되어 왔던 기존의 Quasi 3-D 유한요소 해석법과 비교하여 제안된 방법은 상당한 시간 비용 감소와 높은 정확성을 제공한다. 또한 AFPMM의 영구자석 스큐각에 따른 공극 자속 분포를 예측 계산하는 방법을 제안한다. 이 새로운 테크닉의 사용으로, 이 예측 계산은 추가적인 유한요소 해석 없이 수학적인 계산만으로 가능하다.

마지막으로, 소개된 영구자석 전동기들의 최적 설계를 위한 멀티 오브젝티브 최적화 알고리즘이 소개된다. 제안된 방법은 멀티 모달 최적화 기법인 Climb method에 기반하며, 기존 방법에서 고려하지 않는 견고성 평가가 가능하다. 제안된 알고리즘에서의 견고성 평가는 로컬 피크를 찾는 과정에서 동시에 수행되기 때문에 효과적이다.

소개되는 해석 기법들은 제작된 전동기들의 실험결과와 비교하여 타당성이 검증되었다.