Since the invention of electrical machines in the 19th century, various magnetic materials have been employed as the cores of these electromagnetic devices. Typically, grain-oriented 3% silicon-iron is used in transformer cores, and non oriented silicon iron is used for rotating electrical machines. The magnetic properties of the magnetic materials used have a strong impact on the performance of these devices, and should be carefully characterized. For evaluating and controlling the quality of magnetic materials, magnetic properties, such as B(magnetic flux density) – H(magnetic field strength) curves and core losses, are measured under one-dimensional (1-D) alternating and/or two-dimensional (2-D) rotating magnetic fluxes, according to the application requirement.
Therefore, The magnetic properties of the core materials are investigated, understood, properly modeled, and employed in the design and performance analysis of electrical machines.

As far as development of numerical analysis techniques of electromagnetic devices and apparatuses, the conventional finite element analysis (FEA) taking account of the simple B-H curve cannot get an accuracy result. Therefore, to describe properly the magnetic property of the material, some accuracy magnetic hysteresis models should be taken into account include scalar and vector version. Until now, our lab have developed J-A hysteresis model, E&S model, Preisach model, Play model and Stop model. Moreover, the corresponding identification method also studied based on the measured data which is from our measurement system. Meanwhile, more accuracy magnetic fields of electromagnetic devices and apparatuses can be got after we apply above models on FEA.

In the electrical engineering, the optimization problem is to solve the optimal design of electromagnetic devices through satisfying the required performance or parameters. So far, in our laboratory, some heuristic optimization algorithms for single-objective and multi-objective optimization have been developed such as coupling PSO, (1+ λ) evolution strategy (ES), differential evolutionary (DE): DE/λ-best/1/bin, multi-guider and cross-searching multi-objective PSO, (1+λ) multi-objective ES, multi-objective DE etc.
To deal with uncertainties in design variables, robust and reliability design optimi-zation algorithms based on sensitivity analysis have bee also developed. In addition, in order to avoid the expensive computational time resulted from direct combination with finite element analysis, heuristic optimization algorithms assisted by an accurate surrogate model is also developed, in which the surrogate models are multi-quadric radial basis function (RBF), adaptive dynamic Taylor Kriging model (ADTK), co-Kriging, etc.

기존에 사용되어오던 견인 전동기로는 Brush가 있는 직류전동기(brushed DC motor)와 inverter에 의하여 속도가 제어되는 유도전동기(induction motor)가 있다. 직류전동기는 속도제어가 용이하지만 brush와 정류자편 사이의 마찰에 의해 불꽃과 분진이 발생하며, 주기적인 유지 보수가 필요하다. 한편 유도전동기는 유지보수가 거의 필요 없고 수명이 길어 경제적이지만, 타 전동기에 비해 출력 밀도와 효율이 낮다는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 희토류 영구자석을 사용하여 높은 출력밀도와 고효율의 특성을 지닌 모터의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 뿐만 아니라 소형 경량화를 달성하기 위한 연구도 진행되고 있다. 또한 희토류의 높은 가격으로 인해, 가격이 저렴한 페라이트 영구자석을 사용하여 모터의 출력을 극대화하기 위한 연구도 수행되고 있다.
본 연구실에서는 영구자석이 사용된 모터의 설계에 대한 연구를 진행하고 있다. 이를 위해서는 모터의 성능 및 특성을 보다 정확히 파악하고 해석해야 할 필요성이 있으며, 유한요소법(FEM)을 통한 모터의 성능 평가를 수행한다. 그러나 정확한 모터의 성능을 파악하기 위해서는 모터에서 발생하는 손실을 정확히 계산해야 하며, 현재의 모터 철손 계산 알고리즘으로는 어려움이 있다. 따라서 모터에서 발생하는 손실과 효율 계산의 정밀도를 높이기 위한 철손 계산 알고리즘에 대한 연구가 수행되고 있다. 또한 최적화 설계 알고리즘을 통해 고토크, 낮은 토크 리플, 고효율의 특성을 지닌 모터의 형상을 찾는 연구를 진행중이다.