고출력 회전 자계 생성을 위한 전자기 구동 시스템의 공진 제어 방법 개발

Abstract

본 논문은 오늘날 심혈관계 질환 치료 등 다양한 의료분야에 적용되고 있는 유/무선 자기 로봇의 구동을 위한 전자기 구동 시스템의 고출력 회전 자계 생성에 관하여 연구를 진행하였다. 전자기 구동 시스템은 자기 로봇에 인가되는 자기력과 자기 토크를 극대화하기 위해 작동영역 내 자계 출력을 높이는 방향으로 설계되어지는데, 이는 곧 큰 인덕턴스와 큰 임피던스로 이어져 회전 자계 생성에 방해 요소로 작용한다. 또한 다수의 연자성체로 이루어진 코어가 배치되는 대부분의 전자기 구동 시스템들은 코일 간의 상호 인덕턴스가 존재한다. 이러한 상호 인덕턴스들은 임피던스를 증가시킨다. 또한 다른 코일의 전류에 의해서 발생하는 전압 강하는 코일들에 인가되는 전압들의 불균형을 초래하여 제어를 어렵게 한다. 본 연구에서는 이러한 인덕턴스로 인한 회전 자계 생성의 어려움을 극복하기 위하여 상호 인덕턴스까지 고려한 새로운 공진 방법과 이를 위한 캐패시턴스 도출 방법을 제안하였다. 또한 새로운 공진 방법을 기반으로 인가되는 유효 전력 대비 가장 넓은 회전 자계를 생성하는 전자기 구동 시스템의 제어 방법을 개발하였다. 또한 기존의 회전 자계 생성 방법과 비교하여 제안한 새로운 공진 및 회전자계 생성 방법의 우수성을 확인하였으며, 이를 3상으로 제어되는 전자기 구동 시스템에 적용하여 생성된 회전 자계를 측정함으로써 제안된 이론을 검증하였다.