영구자석의 와전류 손실을 고려한 영구자석 전동기의 온도 특성 연구

Abstract

본 논문에서는 동일한 정격 토크와 정격 속도를 가지는 BLDCM와 IPMSM의 특성 비교를 통해 실제 모터를 설계하고 제작해 실사용하는 상황에서 어떤 타입의 모터를 선택, 사용하는 것이 보다 효율적인 결과를 얻을 수 있는지에 대해 연구하였다. DC모터에 존재하는 슬립링과 브러시로 인해 발생하는 정기적인 보수가 필요한 점 등 DC모터의 단점을 개선하기 위해 BLDCM가 등장하게 되었고, IPMSM는 동기기의 회전자에 영구자석을 삽입한 구조로 기존의 동기기보다 뛰어난 성능 및 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다. BLDCM의 경우 DC모터로부터 출발하였기 때문에 직류전원에 의해 구동되고 DC모터에 비해 수명이 길고 유지보수가 필요 없다는 장점이 있다. IPMSM의 경우에는 회전자에 자석을 삽입함으로써 마그네틱 토크를 이용할 수 있게 되어 동일한 사이즈를 가지는 동기기에 비해 보다 큰 출력을 낼 수 있는 구조를 가지고 있고 교류 전원에 의해 구동된다. 과거에는 페라이트 영구자석이 많이 사용되었으나, 최근에는 페라이트에 비해 잔류자속밀도 및 보자력 등의 자기특성이 뛰어난 NdFeB와 같은 희토류자석 계열이 등장해 모터에 많이 사용되고 있는 실정이다. 이에 따라 이 논문에서는 페라이트 영구자석을 사용한 기본 모델을 사용하지 않고 NdFeB를 사용한 모델을 재설계하여 특성을 비교하였다. 이 논문에서는 대상 모델로 BLDCM와 IPMSM 2종류를 선정하여 특성을 비교한다. 먼저 자기등가회로법에 의해 기존 모델과 유사한 정격 토크와 속도를 가지는 BLDCM와 IPMSM을 개략적으로 설계하였다. 그리고 유한요소해석을 통해 두 모터에 대한 특성을 얻어내고, 여기서는 고조파 특성과 와전류 손실, 열 특성을 비교하여 BLDCM와 IPMSM의 특징을 살펴본다. 이를 통해 주어진 모델에서 토크와 속도 등 성능이 보다 좋은 모터가 어느 것인지 결론을 내린다.; This paper deals with BLDCM (BrushLess Direct Current Motor) and IPMSM (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) which they have same rating torque, rating speed, and size except the shape of magnet and the way of giving exciting currents. Between BLDCM and IPMSM, there are many differences which made a critical performance difference. First of all, revised BLDCM and IPMSM model are suggested by using the basic BLDCM for EPS and the magnetic equivalent circuit. In this paper, harmonic analysis, eddy current loss analysis, and thermal analysis are performed and the result are analyzed to compare the characteristics of BLDCM with IPMSM As a result, when BLDCM and IPMSM has the same size, same shape except a shape of magnet, same output, IPMSM's performance is better.