이방성 Nd-Fe-B 본드자석을 이용한 브러쉬리스 영구자석 동기 전동기 개발

Abstract

현재까지 희토류 소결자석을 사용하는 브러쉬리스 영구자석형 동기전동기는 세탁기나 냉장고와 같은 가전분야나, 차량용 파워핸들, 공기 블로어와 같은 자동차분야 등, 다양하고 폭넓은 분야에서 사용되어 지고 있다. 그러나 희토류의 가격이 상승하면서 비희토류 전동기에대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 희토류 소결자석 대신 디스프로슘이 포함되지 않은 이방성 Nd-Fe-B 본드자석을 이용하여 자속집중타입 가전용 전동기 개발을 수행하였다. 비교를 위하여 희토류소결 자석을 이용한 Interior Permanent Magnet(IPM) 모델을 설계하였으며, 이방성 Nd-Fe-B 본드자석을 사용한 동일 모델(자속집중타입)에 대해 영구자석을 페라이트로 대체해 보았다. 이방성 Nd-Fe-B 본드자석의 비선형 자화특성을 고려하기 위하여 해석방법을 연구하였으며, 해석방법에 대한 검증을 위해 C-Core 모델을 이용하였다. 2D 유한요소정자계 해석을 통하여 각 모델의 영구자석 비선형 특성을 고려한 파라미터 해석을 수행하였으며, 산정된 파라미터를 바탕으로 d, q축 등가회로를 이용한 특성해석을 수행하였다. 설계 결과, 동일한 토크 및 출력의 페라이트 전동기보다 이방성 Nd-Fe-B 본드자속을 이용할 경우 약34.5%의 체적을 줄일 수 있었다.