48V 벨트 구동형 ISG용 다상 계자권선형 동기전동기 특성 분석

Abstract

최근 환경규제 및 에너지 고갈 문제가 대두됨에 따라 미래형 자동차로 HEV와 EV가 주목 받고 있는 가운데, 그와 동시에 내연기관과 하이브리드의 중간 단계에 해당하는 마일드 하이브리드(Mild-HEV) 시스템에 대한 수요도 증가하고 있다. 기존에는 12V 전기 시스템 내에서 BSG(Belt-driven Integrated Starter and Generator)를 통해 마일드 하이브리드화를 이루었으나 현재, 많은 자동차 부품업체들이 48V의 모터를 채용하여 엔진 설계 변경을 최소화하면서 연비 개선 및 효율 상승을 꾀하고 있다. 이 48V BSG용 모터로 다상 계자권선형 동기전동기를 사용한다면 희토류 금속에 대한 공급 불안정성으로부터 자유로워 질 수 있으며 계자전류 제어가 가능하여 보다 넓은 운전 범위를 가질 수 있다. 뿐만 아니라 3상 전동기보다 상 고장 시 안정성, 효율, 저진동, 저소음화를 이룰 수 있어 보다 고신뢰성, 고성능의 실현화가 가능하다. 하지만, 차량용 어플리케이션에 대한 다상 전동기의 연구는 많지 않으며 3상 전동기와 다상 전동기의 전자계적 특성을 정량적으로 비교 분석한 연구는 아직 부족한 실정이다. 본 논문은 최근 들어 3상 이상의 다상 시스템에 대한 수요가 증가하고 있는 산업계 동향에 발맞춰 차량 BSG용 전동기를 다상 전동기로 설계하여 얻을 수 있는 효과를 동일한 조건과 동등 출력의 3상 전동기와 비교하여 분석하였고 그 효과들의 원인을 이론적으로 자세히 설명하였으며 그 결과를 유한요소해석(Finite Element Analysis; FEA)을 통해 정량적으로 제시하였다.