3자유도 스피리컬 영구자석형 전동기의 벡터 제어 기법 연구

Abstract

회전형 전동기의 제어기법은 전원의 주파수와 크기를 변경하여 가변속 구동이 가능한 스칼라 제어 기법, 순시 토크와 자속을 제어하는 벡터제어 기법 등의 오랜 기간의 연구가 진행되었다. D-Q 좌표변환을 이용하는 벡터제어 기법을 기반으로 한 최대효율 혹은 최대출력 제어기법 등은 산업계에서 많이 이용되는 제어기법이다. 그러나 하나의 동작 점에서 다자유도를 구현하기 위한 스피리컬 영구자석형 전동기의 경우는 지속적인 연구가 진행된 회전형 전동기와 달리 전 세계적으로 초기 연구 단계에 머무르고 있다. 3자유도 스피리컬 영구자석형 전동기 설계 및 제작의 어려움으로 제어기법은 주로 시뮬레이션을 통하여 검증되며, 주로 연구되는 제어기법은 전동기의 토크 모델을 구하고 역 토크 모델을 이용하여 제어하는 방식이다. 따라서 토크 모델을 완성하기 위하여 반복적인 해석과 측정 과정을 통한 다량의 데이터를 확보하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 회전형 전동기의 D-Q 변환기법을 응용하여 토크 모델 결정이 선행되지 않아도 되는 4극 스피리컬 영구자석형 전동기에 적합한 D-Q-P 변환 기법을 제안하고 이를 통하여 회전속도와 회전축의 위치를 제어하는 벡터제어 기법에 대해 고찰하였으며, D-Q축 전류 벡터를 이용하여 속도제어를 수행하고, P축 전류벡터에 따른 회전축의 이동방향성을 고려하여 위치제어를 동시에 수행하였다. 본 연구는 회전자 좌표계 기준의 벡터제어 기법으로써 회전형 전동기의 제어기법과 같이, 3자유도 스피리컬 영구자석형 전동기의 제어기법 연구저변 확대에 밑바탕이 될 것이라 생각된다.