단상 유도형 동기전동기(LSPM)의 성능향상 설계에 관한 연구

Abstract

단상 LSPM은 현재 산업계, 특히 가전용으로 많이 사용되고 있는 전동기인 단상 유도기를 대체하기 위해 대두된 전동기이다. 단상 LSPM은 영구자석을 사용하여 일반적으로 단상 유도기에 비해 효율 및 역률이 좋은 특징을 갖고 있다. 따라서 환경문제 등으로 인해 에너지의 효율이 중시되는 현재에 슬립으로 인해 효율면에서 불리한 단상 유도기를 대체할 수 있을 것으로 기대되었다. 그러나, 단상 유도기에 비해 효율 및 역률은 향상되지만, 구조적으로 발생하는 토크리플에 의한 소음 및 진동, 영구자석의 사용으로 인한 제작가격의 상승등으로 인해 산업계가 받아들이지 못하는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 LSPM이 갖고 있는 위와 같은 문제점을 해석하여 원인을 파악하고 새로운 구조의 LSPM을 제안한다. 또한, 제안된 구조의 LSPM의 특성을 해석해 제안된 모델의 성능을 향상시킬 수 있는 설계인자를 선정하여 최적설계를 수행한다. 최적설계법으로는 설계인자간의 상호작용을 확인할 수 있는 반응표면법과 2차원 유한요소법을 사용하여 출력특성 해석 및 설계변수들의 영향 분석을 수행하여 단상 LSPM의 최적의 설계치들을 구하였다. 연구결과를 통해 기존 단상 유도기 수준의 토크리플과 기존 LSPM의 출력특성을 동시에 만족하는 모델을 설계할 수 있었고, 이 연구를 바탕으로 산업계가 단상 LSPM을 수용할 수 있는 기반을 마련하였다.; The single-phase LSPM is the motor to replace the single-phase induction motor for industries and home appliances. The LSPM using a permanent magnet has characteristics which improve an efficiency and a power factor comparing to the induction machine`s one. Therefore, in the time now the energy efficiency is very important, the LSPM has been expected a substitute for induction motors which have a low efficiency by a slip. However, That has not accepted by industry because of large torque ripple, acoustic noise and the cost by the permanent magnet. So, this research proposes the new structure of LSPM that has not the problems above. The analysis of a proposed model is executed by a 2-D FEM and a RSM which can analyze the interaction of design variables. As a result, it is achieved the optimal design which has cost effectiveness, high efficiency, outstanding output characteristics and the acceptable level of torque ripple.