본 논문에서는 표면부착형 영구자석 전동기의 역기전력을 이용한 센서리스 운전에서 제정수 오차 및 데드타임 등에 의한 입력 전압 오차에 따른 역기전력 관측오차를 분석 하였고 그 결과를 토대로 전동기의 센서리스 기동을 위한 전략을 제시 하였다. 고의적으로 저항을 작게 추정하면 기동 특성이 개선됨을 확인하였다.
본 연구는 1kw급 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)의 회전자의 최적 형상 설계를 위하여 여러 가지 타입의 형상을 실험 및 시뮬레이션을 통해 공극자속밀도, 쇄교자속, 역기전력, 코깅토크, 정격점에서의 최대토크, 최대토크 전류 위상각의 특성을 비교하여 구동성능을 검토하였다. 본 연구를 통하여 비교한 모델은 1kw급 매입형 영구자석 동기전동기의 기초 특성 데이터로 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서는 Radial flux density($B_r$)를 고려하여 매입형 영구자석 동기 전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)에서 진동, 소음 발생의 원인이 되는 코깅토크를 최적화하는 방법을 제시한다. Maxwell Stress Method에 의하면 토크는 $B_r$에 비례한다. 따라서 $B_r$과 토크의 상관관계를 이용하여 코깅토크를 저감시켰다. 코깅토크가 가장 큰 회전자의 위치에서 회전자 표면의 $B_r$을 확인한 후 에 노치(Notch)를 적용할 위치를 선정하였다. 그리고 제안한 방법이 매입형 영구자석 동기 전동기 모델에서 효과적으로 코깅토크를 저감시키는 것을 유한요소법을 통해 검증하였다.
본 논문에서는 공간 고조파 개념을 이용하여 철심형 영구자석 선형 동기 전동기의 스큐 효과를 해석하기 위한 해석적 방법을 설명하고자 한다. 제안된 방법을 통하여 고정자 슬롯과 치 구조에 의한 공극의 실제적인 자속밀도를 해석할 수 있으며 기존의 방법보다 정확한 결과를 얻을 수 있다. 특히, 슬롯과 치 형상 구조를 가진 철심형 영구자석 선형 동기 전동기의 스큐 특성을 나타낸다.
본 논문은 부하상태에 따른 매입형 영구자석 전동기에서의 역기전력 파형을 제시하였다. 유한요소해석에 기초한 고정투자율법을 사용하여 무부하 상태뿐만 아니라 부하상태에 따른 역기전력 파형을 해석하였고, 매입형 영구자석 전동기의 설계변수가 역기전력 파형의 고조파 성분에 미치는 영향을 조사하였다.
본 논문은 전차원 자속 관측기를 이용한 대용량 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)의 센서리스 제어 기법을 제안한다. 기존의 전차원 자속 관측기를 사용한 제어 방식은 IPMSM의 자속 모델을 표면 부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM)의 자속 모델처럼 해석하기 때문에 추정되는 회전각의 오차가 발생한다. 특히 릴럭턴스 토크가 큰 대용량 IPMSM 구동 시에는 회전각 오차가 크게 나타나므로 단위 전류당 발생하는 최대토크를 감소시켜 정밀한 MTPA 제어가 불가능하다. 제안하는 알고리즘은 전차원 자속 관측기를 통해 추정된 회전각의 오차를 보상하여 대용량 IPMSM의 정밀한 센서리스 제어를 가능하게 한다. 제안하는 기법의 타당성은 시뮬레이션을 통해 확인하였으며, 기존의 알고리즘과 비교하였다.
현재 전기자동차 구동전동기는 일반적으로 희토류 영구자석을 사용한 동기전동기를 사용하고 있다. 하지만 희토류는 수급불안정성이 높아 자동차 업계는 희토류 전동기를 대체할 수 있는 방안을 찾고 있으며 그 방안 중 하나가 비희토류 자속집중형 전동기이다. 비희토류 영구자석의 수를 늘려서 희토류 전동기와 동일한 크기에 유사한 출력을 만족하게 설계했다. 마지막으로 전기자동차 구동용 비희토류 자속집중형 전동기의 특성 및 크기를 희토류 전동기와 비교하고 두 전동기를 탑재한 차량을 Advisor(Advanced Vehicle Simulator)를 사용해 주행사이클에 대한 차량효율을 비교할 것이다.
본 논문에서는 세탁기용으로 사용될 영구자석형 릴럭턴스 동기전동기(permanent-magnet assisted reluctance synchronous motor : PMA-RSM)의 설계와 특성에 대해서 살펴본다. 제안된 PMA-RSM의 특성과 최대 토크 특성을 알아보기 위해서 유한 요소법(finite element method)을 이용 하였다. 저속 구간에서의 충분한 토크를 발생시키기 위해서 회전자의 구조는 릴럭턴스 토크를 만들어내는 돌극 구조와 회전자 내부의 공극에 영구자석을 삽입하는 구조로 구성되어 있다. 전형적인 자속 장벽형(Flux barrier type) 릴럭턴스 동기전동기(RSM : Reluctance Synchronous Motor)와 자속 장벽(Flux barrier)에 자석을 삽입한 경우에 발생되는 현상들에 대해서 비교 분석하고, 또한 제안된 PMA-RSM의 릴럭턴스 토크(reluctance torque)와 자석에 의한 자석 토크(magnetic alignment torque)가 서로 최대가 되는 시점을 시뮬레이션을 통하여 구하며, 그 결과를 이용하여 전동기의 특성, 평균토크 그리고 토크 리플에 대해서 유한 요소법을 통하여 살펴보았다.
매입형 영구자석 전동기는 d, q축 인덕턴스의 차이로 인해 출력이 자석 토크와 릴럭턴스 토크의 합성토크로서 나타난다. 본 논문에서는 등가자기회로법으로 계산된 공극 자속밀도와 d, q축 인덕턴스를 유한요소법을 이용하여 식을 보정하였다. 전동기의 효율을 목적 함수로 채택하였으며 유전 알고리즘(genetic algorithm)을 이용하여 최대 효율을 갖는 전동기를 설계하였다. 그리고, 설계된 전동기의 타당성을 기존의 전동기와의 비교를 통해 확인하였다.
본 논문에서는 영구자석형 선형 동기전동기의 제어특성을 개선시키기 위하여 유한요소 해석에 근거한 제어기법을 제시하였다. 제시한 제어기법에서는 이동자의 위치에 따라 통상의 제어기법에서의 전류분에 추가적인 보상분 전류가 추가되게 된다. 이동자의 위치 및 인가전류에 따른 영구자석형 선형 동기전동기의 추력리플 특성이 유한요소법을 이용하여 해석되었으며, 그 결과를 토대로하여 제어시의 코깅력에 의한 추력 리플을 보상하기 위한 전류값이 계산되었다. 속도제어시 종래의 제어법과 제시된 제어법에 따른 응답특성을 살펴 보았으며, 제시된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 시험기를 제작, 실험하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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