단부 효과를 고려한 외전형 SPMSM 자기등가회로 해석

Abstract

최근 전기자동차나 가전기기 같은 산업 분야에서 저속 고토크 구동방식을 필요로 하는 추세이다. 외전형 전동기의 경우 동일 크기의 내전형 전동기에 비해 공간적인 여유와 자석 사용량을 증가시킬 수 있고 회전반경이 크기 때문에 토크를 최대화할 수 있다. 이러한 추세에 따라 용도와 목적을 고려하여 토크와 유기전압과 같은 특성을 만족할 수 있는 외전형 전동기의 최적설계가 필요하다. 전동기를 설계할 때 특성을 정확히 예측하기 위해서는 고정자의 엔드턴이나 회전자의 오버행 구조를 고려해주어야 한다. 이러한 구조를 고려하기 위해서는 3-D FEA를 해야하지만, 형상을 바꾸어 가며 3-D FEA를 진행하기에는 전처리 과정이 어렵고 복잡하기 때문에 외전형 전동기의 특성을 초기에 파악하는데 효과적이지 않다. 따라서 본 논문에서는 외전형 SPMSM (Surface mounted Permanent Magnet Synchronous Motor )의 자기등가회로를 구성하여 극/슬롯 수 변화와 형상 변화에 따라 전동기 특성을 예측하고, 고정자 엔드턴과 회전자 오버행 구조를 반영하는 해석 방법을 제안하였다. 마지막으로 자기등가회로 해석을 이용하여 초기설계를 진행하고, 3-D FEA와 결과를 비교하여 해석의 신뢰성을 검증하였다. 제안한 해석 방법을 통해 복잡한 3-D FEA의 전처리 과정을 생략하고 외전형 SPMSM의 특성을 효과적으로 파악하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.