전동기의 효율 개선을 위한 전자기적 변속 기능을 갖는 권선 구조 설계

Abstract

본 논문에서는 전동기의 속도영역을 넓히기 위하여 분할 권선 방법을 제시하고 이를 산정하는 방법에 대하여 제시 하였다. 일반적인 BLDC전동기에서는 고정자의 권선 및 회전자의 영구자석량에 의해하나의 역기전력 상수 및 토크 상수가 존재하게 된다. 고정자의 각 치에 권선되는 코일을 1차 권선 및 2차 권선으로 분할하여 저속 고토크 영역에서는 1차 및 2차 권선을 모두 이용함으로써 전동기의 토크 특성을 우수하게 하며, 고속 저토크 영역에서는 2차 권선만을 이용함으로써 역기전력을 낮춰 더 넓은 영역의 구동이 가능하도록 해주었다. 또한 이러한 전동기를 구동하기 위한 제어 방법에 대하여 일반적인 BLDC 제어기에 3개의 스위칭 소자(릴레이 등)를 이용하여 간단하게 제어할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 논문에서 제시한 분할 권선의 특성을 검증하기 위하여 전기 자전거에 적용되는 인 휠 타입 전동기의 성능을 목표로 하여 설계된 전동기를 제작함으로써 전동기의 동작영역을 넓게 사용 가능함을 검증하였다. 상기의 권선법을 이용하면 별도의 변속 시스템이나 약계자 제어 등의 복잡한 알고리즘 없이 시스템에서 요구하는 동작영역을 각 단별 턴 수를 조절함으로써 속도 비를 용이하게 변경이 가능하게 하였고, 이러한 속도비를 산정하는 방법에 대하여 제시함으로써 분할 권선이 적용된 전동기 설계가 용이할 것으로 예상된다.