[논문]고속회전기 적용을 위한 매입형 영구자석 전동기의 설계 및 실험적 검증

김성일; 이근호; 이창하; 홍정표

doi:10.5370/kiee.2010.59.2.306

고속회전기 적용을 위한 매입형 영구자석 전동기의 설계 및 실험적 검증
Design and Experimental Verification of an Interior Permanent Magnet Motor for High-speed Machines 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.59 no.2, 2010년, pp.306 - 310

김성일 (한양대학교 자동차공학과) , 이근호 (한양대학교 자동차공학과) , 이창하 (현대자동차 환경기술연구소) , 홍정표 (한양대학교 자동차공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

On account of small size and light weight, a high-speed machine is regarded as a key technology for many future applications of drive systems. In high-speed applications, permanent magnet synchronous motors have a number of merits such as high efficiency and high power density. Therefore, they are suitable for driving the air-blower of a fuel cell electric vehicle (FCEV) where space and energy savings are critical. Particularly, a surface-mounted permanent magnet synchronous motor (SPMSM) of them is mainly used as a high-speed machine. However, the motor has a fatal flaw due to a retaining can to maintain the mechanical integrity of a rotor assembly. The can results in the increase of magnetic air-gap length in the SPMSM. Thus, in this paper, an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) is applied in order to drive the air-blower of FCEV instead of the SPMSM, and the experimental results of two models are compared to verify the capability of the IPMSM for high-speed applications.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

[2], [3]. 따라서 본 논문에서는 기존 연료전지 차량의 공기블로워(Air-blower) 구동을 위해 사용되고 있는 SPMSM을 대신하여 매입형 영구자석 동기전동기 (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)의 설계를 제안하였으며 그 두 모델에 대한 실험을 통해 고속회전기 적용에 있어 매입형 영구자석 전동기의 이점을 검토하였다.
본 논문에서는 매입형 영구자석 전동기의 고속회전기 적용을 위한 회전자 형상설계를 수행하였다. 그 결과 기존 연료전지 차량의 공기블로워 구동을 위해 적용되고 있는 표면부착형 영구자석 전동기에 비해 영구자석 사용량을 50% 이상 줄이면서도 설계 및 성능적인 면에서 크게 차이가 나지 않음을 실험을 통해 검증하였다.

제안 방법

본 논문에서 다루게 될 IPMSMe 표 1에 나와 있는 기본사양을 만족시키면서 현재 연료전지 차량에 적용되고 있는 SPMSM과 비교하여 다음과 같은 제약조건을 바탕으로 설계가 진행되게 된다.

이론/모형

보여주고 있다. 그 결과를 바탕으로 식 (1) 과 (3) 에나와 있는 방정식을 이용하여 위에서 언급된 조건들을 만족시키기 위한 IPMSM의 역기전력 및 d축 인덕턴스 범위를 선정하였고 그 결과를 그림 3에 나타내었다 [5]. 이때 철손 저항 및 기계손은 SPMSM의 그것과 동일하게 적용했으며 돌 극비는 2.

성능/효과

구조해석 결과 회전자 코어에 작용하는 최대응력은 158MPa 이었으며 이 값은 전기강판의 항복강도인 300MPa의 약 50%에 해당하므로 충분한 기계적 강성을 확보하고 있음을 알 수 있다. 또한 그림 3에 주어진 역기전력 및 인덕턴스의만족 여부를 확인하기 위하여 유한요소해석에 의해 산정된 결과를 그림 6에 나타내었다.
위한 회전자 형상설계를 수행하였다. 그 결과 기존 연료전지 차량의 공기블로워 구동을 위해 적용되고 있는 표면부착형 영구자석 전동기에 비해 영구자석 사용량을 50% 이상 줄이면서도 설계 및 성능적인 면에서 크게 차이가 나지 않음을 실험을 통해 검증하였다. 따라서 회전자의 구조적인 설계만 고려한다면 고속회전기 적용에 있어 매입형 영구자석 전동기는 영구자석 저감 및 retaining can을 제거함에 있어 큰 이점을 지니게 된다.

참고문헌 (6)

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A. M. EL-Refaie, M. R. Shah, R. Qu, and J. M. Kern, "Effect of number of phases on losses in conducting sleeves of surface PM machine rotors equipped with fractional-slot concentrated windings," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 44, no. 5, pp. 1522-1532, Sep./Oct. 2008.

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J. Y. Lee, S. H. Lee, G. H. Lee, J. P. Hong, and J. Hur, "Determination of parameters considering magnetic nonlinearity in an interior permanent magnet synchronous motor," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 42, no. 4, pp. 1303-1306, April 2006.

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S. I. Kim, G. H. Lee, J. P. Hong, and T. U. Jung, "Design process of interior PM synchronous motor for 42-V electric air-conditioner system in HEV," IEEE Trans. Magn., vol. 44, no. 6, pp. 1590-1593, 2008.

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E. C. Lovelace, T. M. Johns, T. A. Keim, and J. H. Lang, "Mechanical design considerations for conventionally laminated, high-speed, interior PM synchronous machine rotors," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 40, no. 3, pp. 806-812, May/June 2004.

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