영구자석 동기전동기의 전자계력에 의한 진동원 분석 및 진동 예측

Abstract

최근 몇 년간 화석 에너지의 고갈 문제와 화석 에너지로 인한 온실 가스 배출로 인한 지구 온난화 문제가 대두됨에 따라 친환경 에너지변환기기인 전동기에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 자동차 산업에서 엔진의 대체수단인 전동기에 대한 연구가 많이 수행되면서 출력밀도가 높고 광범위한 운전이 가능한 영구자석 동기전동기에 대한 관심이 매우 높아졌다. 영구자석 동기전동기의 연구동향은 영구자석 전동기의 전자계적인 성능 향상에 중점 되어 있으며 영구자석 전동기에서 발생하는 진동에 대한 연구는 아직 미미한 실정이다. 하지만 전동기의 응용 분야가 산업용 이외에도 가전제품, 전기 자동차 및 하이브리드 전기 자동차 분야와 같이 소비자와 밀접한 부분까지 확대 되었기 때문에 고성능 고품질의 전동기를 설계하기 위해서는 전자계적인 성능 향상 이외에도 전동기에서 발생하는 진동 및 소음에 대한 검토가 필요하다. 본 논문에서는 모든 극수 슬롯수 조합에 대하여 진동 속도의 분석이 가능하도록 시간에 대한 모든 공간 고조파를 고려할 수 있는 기자력식을 제안하였으며, 전자기적인 진동원인 라디얼 포스의 원주 모드와 각각의 원주 모드에서의 주파수와 크기를 분리하여 고정자에서 발생하는 진동원에 대하여 정량적, 정성적으로 분석하였으며 유한요소 해석과 비교하여 신뢰성을 검증하였다. 전자기적인 진동의 정량적 예측을 하기 위하여 고정자 시스템의 기계적 특성에 대하여 서술하였으며 이를 이용하여 고정자에서 발생하는 진동 속도를 예측하였다. 또한 유한요소해석을 이용한 진동 해석 결과값과 제작 모델의 시험 결과를 예측 값과 비교하여 제안한 진동 예측 결과의 타당성을 입증하였다.