EV 견인용 IPM 동기전동기의 NE-Map 기반 설계

Abstract

최근 화석 연료 사용으로 인한 대기 오염과 자원 고갈이 심각한 사회적 문제로 대두되면서 엔진 구동 시스템에서 전동기 구동 시스템으로의 차량의 패러다임 변화가 급격히 요구되고 있으며, 이런 추세는 고성능 군용 차량도 예외는 아니다. 그 안에 포함되는 핵심 부품인 견인용 전동기는 고토크, 고출력, 전 운전 범위의 고효율화 등의 운전 특성을 만족시키기 위해 IPMSM을 사용하는 것이 가장 적합하나, 마그네틱 토크뿐 아니라 릴럭턴스 토크까지 사용하며 파라미터의 비선형적 특성 등으로 인해 설계에 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 5Ton급 Hybrid HMMWV에 들어가는 120kW 견인용 IPMSM을 목표로 하여, NE-Map을 기반으로 한 설계 프로세스를 제안하였다. 이 과정에서 IPMSM의 설계 파라미터와 전류 벡터 제어에 대해 고찰하고, EV 견인용 전동기 설계에 필요한 요구 설계 특성과 기초 파라미터 및 제한 조건을 결정한다. 자기 등가회로를 기반으로 하는 NE-Map 결정을 위한 기초 설계에서는 자기 포화를 고려한 인덕턴스 계산을 통해 그 정확도를 높였으며, 여기에서 고려되지 못한 사항을 설계에 반영하기 위한 파라미터 분석을 통한 설계를 통해 최종 모델을 도출하였다. 이렇게 나온 최종 모델은 2D-인덕턴스, 3D-철손, 4D-상전압의 비선형 데이터 세트를 이용한 운전 시뮬레이션을 통해 제어시 필요한 전류-토크 테이블 및 정확도 높은 효율맵을 구성하였으며, 시작품을 통해 설계 결과 및 해석 결과의 타당성을 검증하였다.