교번적층을 적용한 자속집중형 동기전동기 토크밀도 개선

Abstract

본 논문은 희토류 영구자석의 핵심 소재인 네오디움 등 가격 폭등과 수요 대비 대부분의 생산량이 중국에서 차지하며, 수출 규제에 따른 공급 불안정으로 인해 비희토류 영구자석의 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히 비희토류 영구자석을 사용하는 자속집중형 동기전동기(CFSM: Concentrated Flux-type Synchronous Motor)는 방사방향으로 배치되어 있는 영구자석에서 나오는 자속을 집중시켜 높은 공극자속밀도를 얻을 수 있기 때문에 희토류를 사용하는 전동기 대비 성능 저하 및 사이즈를 최소화 할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 하지만 Leakage bypass에서 누설 자속 발생에 따라 출력을 저하시키는 단점을 갖고 있으며, 구동 시 회전에 따라 Leakage bypass에 집중되는 응력으로 인해 기계적으로 취약하다는 단점이 있기 때문에 자기적 특성과 기계적 안전성을 모두 고려한 CFSM 설계가 필요하다. 따라서, Leakage bypass의 자기저항을 증가시켜 누설 자속을 감소시키고 교번적층을 적용하여 기계적인 취약점을 보완하는 회전자 개선 설계를 진행함에 따라 기계적 안전성을 고려하고 자기적 특성을 최대로 갖는 개선 설계를 본 연구에서 진행하였다. 또한, 개선 설계 과정 시 3D FEM 해석으로 많은 시간 소요에 따른 단점을 개선하기 위해 3D 형상치수로2D 형상치수를 등가화 하는 교번적층 등가화 수식을 산정하였다. 마지막으로 교번적층 적용 유/무 회전자 형상의 토크 비교에 따라 교번적층을 적용한 회전자 형상에 대한 장점을 확인하였다.