모디파이드 다구찌 법을 이용한 Spoke type BLDC 전동기의 자속장벽 최적설계

Abstract

본 연구는 의류건조기 구동용 spoke type BLDC 전동기의 코깅 토크 저감 및 효율을 향상시키기 위해 새로운 형상의 자속장벽을 제안하고, 제안된 자속장벽의 형상을 최적설계를 위한 최적설계방법을 다음과 같이 제안하고자 한다. 첫째, 영구자석 spoke type BLDC 전동기의 단점인 높은 코깅 토크를 저감하기 위하여 영구자석 끝단에서 발생되는 자속이 영구자석 끝단의 회전자 q축 방향으로 집중되는 것을 억제하기 위하여 영구자석 끝단과 회전자 표면 사이에 설치되는 자속집중 억제형 자속장벽 형상을 제안한다. 제안된 자속집중 억제형 자속장벽 형상을 최적설계하기 위하여, 코깅 토크, 토크 및 효율 등의 다 특성 목적함수를 고려한 모디파이드 다구찌 법(modified Taguchi Method)을 적용한다. 모디파이드 다구찌 법을 이용한 자속집중 억제용 자속장벽 형상의 최적설계결과 코깅 토크는 크게 저감된다. 둘째, 영구자석 spoke type BLDC 전동기의 토크 및 효율을 향상시키기 위하여 회전자 내부에 흐르는 자속을 회전자의 d축 방향으로 흐르도록 하기 위하여 영구자석과 회전자 d축 사이에 자속집중형 자속장벽을 설치한다. 자속집중형 자속장벽의 개수와 형상에 대한 최적설계를 위하여, 본 논문에서 제안하는 다 특성 목적함수를 고려하는 모디파이드 다구찌 법과 반응표면 법을 적용한 최적설계 방법을 이용하여, global scope과 local scope 부분으로 나누어 최적설계를 한다. Global scope영역에서는 모디파이드 다구찌 법을 적용하여 자속집중형 자속장벽의 개수와 초기위치를 설계하고, local 역영에서는 자속집중형 자속장벽의 설치위치 및 자속장벽의 곡률을 최적설계 한다. 모디파이드 다구찌 법과 반응표면 법을 이용한 자속집중형 자속장벽 최적설계 결과 전동기의 토크 및 효율 모두 증대된다. 본 논문에서 제안되는 자속집중 억제용 자속장벽 형상 그리고, 모디파이드 다구찌 법과 반응표면 법을 이용한 자속집중형 자속장벽의 최적설계 방법을 검증하기 위하여, spoke type BLDC 전동기를 실제 제작하고 해석과 실험결과를 비교함으로써, 설계방법의 타당성을 검증한다.