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xEV 구동용 전동기는 제한된 설치 공간, 배터리 전압과 제어기 스위칭 소자에 의한 전류 제한 등의 설계 제약 내에서 고출력 및 고효율의 특성을 갖도록 설계되어 설계와 제작에 많은 시간과 경제적 비용이 소요된다. 따라서, 검증된 구동용 전동기의 코어 형상을 변경하지 않고 출력을 다양화할 수 있다면 요구 출력 변동에 따른 전동기 재개발에 대한 부담을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 코어 및 영구자석 변경 없이 상당 직렬 턴 수와 적층 길이 만을 ...

xEV 구동용 전동기는 제한된 설치 공간, 배터리 전압과 제어기 스위칭 소자에 의한 전류 제한 등의 설계 제약 내에서 고출력 및 고효율의 특성을 갖도록 설계되어 설계와 제작에 많은 시간과 경제적 비용이 소요된다. 따라서, 검증된 구동용 전동기의 코어 형상을 변경하지 않고 출력을 다양화할 수 있다면 요구 출력 변동에 따른 전동기 재개발에 대한 부담을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 코어 및 영구자석 변경 없이 상당 직렬 턴 수와 적층 길이 만을 설계 변수로 하여 출력을 다양화 방안에 대하여 제시한다. 출력 다양화 설계 방안은 설계 단순화를 위해 출력 변동에 따른 적정 인자의 수준을 비례식을 통해 선정하였다. 이는 설계 변수가 최대 운전 속도를 결정하는 역기 전력과 토크의 크기에 선형 비례하는 특성을 가지기 때문이며, FEM 전자기 및 열 해석을 통해 요구 성능 및 열 성능 만족 여부를 검토하였다. 위와 같이 기준이 되는 xEV 구동용 전동기의 상당 직렬 턴 수와 적층 길이 재선정을 통해 서로 다른 4가지 출력 모델을 구축하였고 각 모델의 분석 결과는 다음과 같다. 최대 토크의 크기와 배터리 전압은 유지하고 속도 변화를 통한 출력 다양화를 도모하는 경우, 상당 직렬 턴 수를 우선으로 변경하는 것이 유리하고 최대 토크의 크기 변화를 통한 출력 다양화 시에는 전동기 체적과 토크 용량의 관계식을 통해 적층 길이를 우선 변경하는 것이 유리하다. 이는 검증된 기준 모델과 동일 수준의 전류 밀도를 가져 유사한 열 특성을 확보하여 출력에 비례하여 손실과 함께 열에 대비하기 위함이다. 적정 방 열 면적을 확보하거나 냉각 성능 향상을 통해 열 발생에 대비해야 한다. 이와 같은 출력 다양화 방안의 문제점은 기저 속도 부근의 속도 영역에서는 비례식을 통한 예측과 해석 결과 간 오차는 작지만, 고속 영역에서의 요구 출력을 기대하기 어렵다. 이는 상당 직렬 턴 수와 적층 길이 변경에 따른 공극 자속의 변화로 인해 인덕턴스가 달라지고, 약계자 성능을 결정하는 돌극비가 비선형 변동을 하기 때문이다.