Characteristic Analysis of Super High Speed Permanent Magnet Synchronous Motor

Abstract

지금까지 초고속이 요구되는 대부분의 시스템들은 기존의 전동기와 고속용 증속기어가 연결되어 사용되어왔다. 그러나 증속기어의 사용은 효율감소, 저신뢰성, 사용공간의 비효율성, 비용증가 등의 단점을 가지고 있다. 초고속을 요구하는 기기의 동력원이 기어 없이 고속화된다면 기존의 단점을 보완될 뿐만 아니라 소형 · 경량, 저소음, 고신뢰성을 얻을 수 있어 현재 기술 선진국에서는 고속전동기를 개발하여 기존의 고속시스템을 대체하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 초고속 운전을 목적으로 하는 15kW급 120000rpm의 정격을 갖는 영구자석형 동기전동기의 연구를 수행함에 있어서 초고속 회전시에 두드러지게 나타나는 와전류 손실을 줄이기 위해서 파라미터를 분석하고 이를 비교 검토하였다. 이때 분석을 위한 파라미터로는 권선법, 슬롯수, 슬롯오프닝, 슬리브 두께가 선정되었다. 이를 통해 얻어진 결과를 바탕으로 120000rpm에서 회전시 와전류 손실에 가장 큰 영향을 미치는 요인을 분석하여 이를 줄이기 위한 연구를 수행하였다. 마지막으로 공극 자속밀도의 정현적인 분포를 만듦으로써 와전류 손실의 원인을 제거하는 방법으로 슬롯리스 모델을 제안하고 기존모델과의 비교평가를 통해서 초고속용 회전기기로서의 적합성을 판정하여 추후 최적모델의 선정시에 도움을 주고자 하였다.; So far, a mechanical gearbox has been utilized to couple a conventional electric motor and the high speed mechanical load in most of high speed technology applications. But using a mechanical gearbox has the obvious disadvantages of reducing efficiency and reliability of the system, occupying a large space and increasing the cost. If electric motor is used without gear at super high speed, a super high speed system can not only complement a conventional disadvantage but also can obtain small size and light weight, low noise, high efficiency. A technically advanced country has already known these advantages and is developing high speed motor and then replacing a conventional high speed system. As accomplishing the research of the PM synchronous motor driven by 15kW at the rated speed of 120,000rpm, this paper is compared and reviewed by analyzing parameters to reduce eddy current loss which occurs prominently at high speed. Here, the proposed design parameters for analysis are winding types, number of slots, slot opening width, sleeve thickness and shape of sleeve surface. This paper based on the obtained results analyzes the most critical design parameter in eddy current loss by rotating at the rated speed of 120.000rpm and researches to reduce eddy current loss. Finally, this paper studies the slotless model which is used as the solution for removing the cause of eddy current loss by making sinusoidal distribution of air-gap magnetic flux density and estimates suitability through the comparison with the conventional model. This paper based on above theory intends to help the choice of the best model.