브리지와 립 부근의 자속 포화 현상을 고려한 매입형 영구자석 동기전동기의 자속포화 모델

Abstract

This paper proposes flux saturation model for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors (IPMSM) that consider the saturation of bridges and ribs. It was confirmed that the different cause of the magnetic flux saturation phenomenon of the ideal IPMSM and the actual magnetic flux saturation phenomenon of IPMSM is the saturation of the bridges and ribs. The cause of saturation of the bridges and ribs is analyzed through a magnetic equivalent circuit and confirmed through Finite Element Analysis (FEA). The effect of saturation of bridges and ribs on stator flux cannot be ignored because the area of the bridge and ribs is narrow, and saturation easily occurs. When the q-axis magnetic flux saturates the bridges and ribs flux, the effect on the d-axis stator flux and when the d-axis flux saturates the bridges and ribs flux, the effect on the q-axis flux were analyzed through a magnetic equivalent circuit and confirmed through FEA. Based on the analyzed results, the effect of the saturation of the bridges and ribs on the stator flux was modeled using an equation. The proposed flux saturation model was verified through 150 kW IPMSM magnetic flux FEA data designed as an electric motor and 11 kW IPMSM experimental data designed universally.|본 논문은 브리지와 립의 포화 현상을 고려한 매립형 영구자석 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motors; IPMSM)의 자속 포화 모델을 제안한다. 이상적인 IPMSM의 자속 포화 현상과 실제 IPMSM의 자속 포화 현상이 다른 원인이 브리지와 립의 포화임을 확인하였다. 브리지와 립의 포화가 발생하는 원인에 대해 자기 등가 회로를 통해 분석하고, 유한 요소 해석(Finite Element Analysis; FEA)를 통해 확인했다. 브리지와 립의 면적이 작아서 포화가 쉽게 발생하기 때문에 고정자 자속에 미치는 영향을 무시할 수 없다. Q축 자속이 브리지와 립을 포화시켰을 때, d축 자속에 미치는 영향과 d축 자속이 브리지와 립을 포화시켰을 때, q축 자속에 미치는 영향을 자기 등가 회로를 통해 분석하고 FEA를 통해 확인했다. 확인한 결과를 기반으로 하여, 브리지와 립의 포화가 고정자 자속에 미치는 영향을 수식을 사용하여 모델링 했다. 제안한 자속 포화 모델을 전기차 구동용 전동기로 설계된 150 kW IPMSM의 자속 FEA 데이터와 범용으로 설계된 11 kW IPMSM의 실험 데이터를 통해 검증하였다.