EPS 전동기의 응답성 향상 설계

Abstract

본 논문은 EPS용 전동기 설계 시 응답성 향상을 위한 전동기 설계 방향에 대하여 검토하였다. EPS용 전동기에서 응답성은 사용자의 안전과 직결되므로 주요한 성능 조건으로 평가된다. 또한, 제어기에서는 Gain 값 조절에 있어 한계가 있으므로, 동일한 제어조건에서 전동기의 파라미터 변화에 따른 응답성의 경향을 확인하였다. EPS용 전동기는 자속집중형 전동기를 대상으로 설계하여 응답성을 검토하였다. 응답성에 영향을 미치는 조건들을 파악하기 위하여 전동기의 주요 파라미터를 수식적으로 산정하고 이를 이용하여 전기기계적 시정수를 산정하여 응답성 향상 방향을 제시하였다. 전동기에서 중요한 파라미터인 역기전력, 저항, 인덕턴스를 회전자 외경, 영구자석 체적의 변화에 따라 산정하였으며, 각각의 파라미터를 이용하여 전기기계적 시정수를 확인하였다. 인덕턴스는 메인 인덕턴스, 슬롯 누설 인덕턴스, Tooth-tip 누설 인덕턴스, 고조파 누설 인덕턴스를 고려하여 산정하였다. 수식을 이용하여 산정된 파라미터는 신뢰성 확인을 위하여 FEA를 이용하여 비교 확인하였으며, 주요 인자인 인덕턴스, 저항, 역기전력의 경우 오차율이 10%이내이다. 산정된 파라미터를 이용하여 전동기 전달함수를 산정하여, 2차 전달함수의 Standard Form과 비교하여 고유진동수 및 감쇠비를 전동기 파라미터로 구성하였다. 이를 이용하여 회전자 외경 및 턴 수에 따른 고유진동수 및 감쇠비 변화를 확인하였다. 회전자 외경 및 턴 수에 따른 고유진동수와 감쇠비를 확인함으로써 응답성 향상 방향을 결정할 수 있으며, 실제 설계를 통하여 응답성 변화를 확인하였다. 응답성 검토 시 속도 제어기와 전류 제어기를 고려하여 Time-domain에서의 속도 응답특성 및 부하 시 전류, 토크의 응답특성을 확인하였다. 이때, 전동기의 파라미터가 변화하더라도 제어기의 Gain 값을 동일조건에서 응답성을 검토함으로써 전동기 파라미터 변화에 의한 응답성을 확인하였다.