새로운 경계조건을 이용한 편측형 LIM의 종방향 및 횡방향 단부효과 해석에 관한 연구

Abstract

선형 전동기는 일반 회전형 전동기에서 발생하지 않는 단부효과라 불리는 현상이 발생한다. 선형 전동기에서 발생하는 단부효과는 크게 속도에 무관한 정적 단부효과와 속도의 함수인 동적 단부효과로 나누어 볼 수 있으며 이 중 동적 단부효과는 속도가 높아질수록 그 크기가 급격하게 증가하여 고속 동작영역에서의 성능에 중대한 영향을 미치는 요인으로 작용한다. 동적 단부효과는 동작 원리 상 유도전류가 필요 없는 선형 동기전동기보다는 선형 유도전동기에서 극심하게 발생하며 이로 인해 선형 유도전동기의 정확한 성능 특성 해석을 위해서는 동적 단부효과에 대한 고려가 필수적이다. 맥스웰 방정식을 이용한 직접 해는 지배 방정식을 유도하는 과정에서 사용되는 여러 가정들로 인해 해의 정확도를 신뢰할 수 없다는 단점을 가지고 있으나 최종적인 해의 형태가 설계 파라미터들에 대한 닫힌 함수로 표현된다는 장점을 가지고 있어 설계 식으로의 이용이 가능하다. 본 논문에서는 맥스웰 방정식을 이용한 해석적인 방법이 가지는 이와 같은 장점에 근거하여 1차원 해석 및 2차원 해석을 이용하여 선형 유도전동기의 종방향 단부효과와 횡방향 단부효과를 연구하였다. 또한 직접 해로부터 계산된 결과를 2-d FEM(Finite Element Method)를 이용하여 검증하였으며, 이를 통해 기존의 경계조건보다 개선된 종방향 단부효과를 위한 경계조건을 유도하였다. 끝으로 횡방향 단부 및 종방향 단부를 모두 고려한 2차원 해석을 통해 기존의 여러 연구들에서 무시해 왔었던 종방향 단부효과와 횡방향 단부효과의 상호 관련성을 규명하였으며, 이의 타당성을 실험으로 검증하였다. 본 연구에 사용된 맥스웰 방정식을 이용한 직접 해는 지배 방정식의 유도 과정 중에 사용된 많은 가정들로 인해 상당한 오차를 수반할 수 있으나 선형 유도전동기의 각 설계 파라미터들의 닫혀 있는 함수 형태로 해가 표현된다는 장점을 가지고 있어 설계 파라미터 분석을 위한 해석 도구뿐만 아니라 선형 유도전동기의 설계 식으로도 유용하게 사용될 것으로 생각된다.