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해석적 방법을 이용한 표면부착형 영구자석 기기의 회전자 와전류 손실해석
Eddy-Current Loss Analysis in Rotor of Surface-Mounted Permanent Magnet Machines Using Analytical Method 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.61 no.8, 2012년, pp.1115 - 1122  

최장영 (충남대 전기공학과) ,  최지환 (충남대 전기공학과) ,  장석명 (충남대 전기공학과) ,  조한욱 (충남대 전기전자통신교육과) ,  이성호 (한국생산기술연구원 광주 연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper analyzes eddy-current loss induced in magnets of surface-mounted permanent magnet (SPM) machines by using an analytical method such as a space harmonic method. First, on the basis of a two-dimensional (2D) polar coordinate system and a magnetic vector potential, the analytical solutions f...

주제어

#Eddy-current loss   #SPM machines   #Space harmonic method   #Analytical solutions   #FEA  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 공간고조파법을 이용하여 영구자석 브러시리스 기기의 회전자에 유도되는 와전류손실 예측을 다루었다. 우선 시간 및 공간고조파를 갖는 전기자 전류밀도를 모델링한 후, 자기벡터자위와 2차원 극좌표계를 사용하여 전기자 전류에 의한 자계분포를 구하기 위한 지배방정식을 도출하였다.
  • 본 논문은 공간고조파법을 이용하여 표면부착형 영구자석 기기의 회전자 영구자석에 유기되는 와전류 손실 예측을 다루고자 한다. 먼저, 2차원 극좌표계와 자기벡터자위로부터, 시간 및 공간고조파가 고려된 전기자 전류에 의한 자속밀도 특성식을 도출하였고, 도출된 자속밀도 특성식을 이용하여 와전류밀도 특성식 역시 유도하였다.

가설 설정

  • 04이기 때문이다.), 2) 고정자 및 회전자 철심의 투자율은 무한이다. (고정자와 회전자는 일반적으로 포화되지 않도록 설계되며, 전기기기 강판의 B-H 커브 특성상 비포화 구간에서 비 투자율은 2,000이상이기 때문이다.
  • (고정자와 회전자는 일반적으로 포화되지 않도록 설계되며, 전기기기 강판의 B-H 커브 특성상 비포화 구간에서 비 투자율은 2,000이상이기 때문이다.), 3) 전기자 전류는 r = Rs표면에 면전류밀도로 분포한다, 4) 고정자 및 회전자 철심의 도전율은 적층으로 인해 0이다. 이러한 가정들로 인해, 전기자 전류에 의한 자계해석영역은 그림 2와 같이 공극영역으로 한정되며, 소스원인 전기자 전류 밀도는 경계조건에서 고려하게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
희토류 영구자석의 도전율의 특징은? 희토류 영구자석의 도전율이 페라이트 자석의 도전율보다 높은 것이 사실이나, 영구자석 회전자가 고정자 권선에 의한 자계의 기본파 성분과 동기화되어 회전하기 때문에, 영구자석에 유도되는 와전류 손실량은 무시할 수 있을 정도로 매우 적은 편이다 [4-5]. 그러나, 슬롯팅 효과, 전기자 권선의 기자력 분포에 대한 공간고조파 및 전기자 전류의 시간 고조파로 인해 와전류 손실량이 커질 수 있고, 이로 인해 영구자석의 온도상승에 기인한 영구자석의 불가역 감자에 영향을 줄 수 있기 때문에 이는 설계단계에서 반드시 고려돼야 한다 [6].
Nd-Fe-B 재질의 영구자석을 사용한 기기는 어디에 적합한가? Nd-Fe-B 재질의 영구자석을 사용한 기기들은 토크와 고정자 전류사이의 선형적 관계, 고토크, 소형·경량화로 인하여 고성능 및 가변속 운전에 매우 적합하다[1-2]. 따라서 영구자석 브러시리스 기기는 최근 들어 전기자동차용 전동기(견인전동기, 에어컨용 전동압축기용 전동기) 및 풍력 발전기와 같은 친환경용 기기로 각광받고 있는 추세이다 [3].
와전류 손실해석은 어디서 각광 받는가? 와전류 손실해석에 주로 사용되는 해석법은 유한요소해석법으로 정확도 측면에서 매우 유용하며, 컴퓨터 계산속도의 향상으로 해석시간 역시 대폭 감소되고 있는 추세이다. 게다가, 상용소프트웨어의 사용으로 누구나 손쉽게 와전류 손실 해석에 접근할 수 있는 해석법으로 각광받고 있다. 그러나, 설계변수의 변경이 빈번한 초기 설계단계에서 다양한 설계변수가 와전류 손실에 미치는 영향을 고려하는 데에는 유한요소법보다는 전자장해석에 의한 해석적 방법이 좀 더 유용할 것으로 사료된다.
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참고문헌 (11)

  1. Gordon R. Slemon, "On the design of high-performance surface-mounted PM motros," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 30, no.1, Jan. 1994. 

  2. Tomy Sebastian and Gordon Slemon, "Transient torque and short circuit capabilities of variable speed permanent magnet motors," IEEE Trans. Magn., vol. 23, no.5, Sept. 1987. 

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  3. Jiabin Wang, K. Atallah, R. Chin, W. M. Arshad, and H. lendenmann, "Rotor eddy-current loss in permanent-magnet brushless AC machines", IEEE Trans. Magn., vol. 46, no.7, pp. 2701-2707, July 2010. 

    상세보기 crossref

  4. Kinjiro Yoshida, Yasuhiro Hita, and Katsumi Kesamaru, "Eddy-current loss analysis in PM of surface-mounted-PM SM for electric vehicles," IEEE Trans. Magn., vol. 36, no.4, pp. 1941-1944, July 2000. 

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  5. Masatsugu Nakano, Haruyuki Kometani, and Mitsuhiro Kawamura, "A Study on eddy-current losses in Rotors of Surface Permanent-Magnet Synchronous Machines," IEEE Ind. Appl., vol. 42, no.2, pp. 429-435, March 2006. 

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  6. Nannan Zhao, Z. Q. Zhu, and Weiguo Liu, "Rotor eddy-current loss calculation and thermal analysis of permanent magnet motor and generator," IEEE Trans. Magn., vol. 47, no.10, pp. 4199-4202, Oct. 2011. 

    상세보기 crossref

  7. Z. Q. Zhu, D. Howe, C. C. Chan, "Improved Analytical Model for Predicting the Magnetic Field Distribution in Brushless Permanent Magnet Machines," IEEETrans.Magn.,vol.38, no.1, pp.229-238, Jan. 2002. 

    상세보기 crossref

  8. K. F. Rasmussen, "Analytical Prediction of Magnetic Field from Surface Mounted Permanent Magnet Motors," In. Proc. Int. Electrical Machines and Drives Conf., Seattle, WA, pp.34-36, 1999. 

  9. Jiabin Wang, Geraint W. Jewell and David Howe, "A General Framework for the Analysis and Design of Tubular Linear Permanent Magnet Machines," IEEE Trans. Magn., vol.35, no.3, pp.1986-2000, May.1999. 

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  10. Mark Mattew Flynn, "A methodology for evaluating and reducing rotor losses, heating, and operational limitations of high-speed flywheel batteries," Ph.D. Dissertation, The university of Texas at Austin, Texas, USA, 2003. 

  11. Dahaman Ishak, Z. Q. Zhu, and David Howe, "Eddy-current loss in the rotor magnets of permanent-magnet brushless machines having a fractional number of slots per pole," IEEE Trans. Magn., vol. 41, no.9, pp. 2462-2469, Sept. 2005. 

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