[논문]양면 축방향 영구자석 전동기에서 자속위치 검출에 따른 특성

홍문환; 김철호; 이우석; 공정식; 서영택; 오철수

양면 축방향 영구자석 전동기에서 자속위치 검출에 따른 특성
Characteristic of Dual Air Gap AFPM along Flux Position Estimation 원문보기

홍문환 (경북대 전기공학과) , 김철호 (경북대 전기공학과) , 이우석 (부산정보대학) , 공정식 (서라벌대학) , 서영택 (구미1대학) , 오철수 (경북대 전기공학과)

Axial Flux Permanent Magnet motor could widely be used for low speed and high torque applications. In this paper, to analyse the sensor positioning effect of AFPM motor which has a new concentric winding method and to calibrate the switching timing according to speed, prototype motor is manufactured. As a result of experiment, advance angle from 30 degree to 45 degree of sensor position is more proper. So, this results can be used for design of sensor position to improve characteristic of the dual gap AFPM with coreless and slotless.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 CorEess, Slotless의 양면 (dual air gap) 새로운 동심환형 권선배열로한 AFPM을 Proto- type으로 제작하여 특성해석을 한다. 이때 BLDC를 구동하는데 중요한 정보가 되는 자속위치를 포토 센서나엔코더.
흘센서둥을 통해 검출하게 된다. 여기서는 흘센서를 적용하여 이를 취부하는 위치에 따라 전동기의 출력특성을 파악하고 이를 설계에 반영하고자 한다.
이 실험결과를 토대로 자속 검출을 위한 센서의 위치의 중요성을 알게 되었으며. 제어시 보상방법에 대한 연구가 요구된다.

제안 방법

AFPM 전동기의 자속 검출위치에 따른 특성을 살펴보았다. 무부하 및 부하 실험한 결과 30’ 에서 45, 범위에서 전류 및 효율에 있어 우수한 특성을 보였다.
센서의 사양은 표 2와 같다. 센서의 취부 위치는 각 상당 4군데를 선정하였으며 센서의 부착위치에 있어 그림 2의 전기각 0° 를 기준으로 하여 a = 0° , 30° , 60° , 90° 에 취부하고 그 상세도는 그림 5와 같다.
전압과 전류 위상차 z0° 일 때 양호한 전류와 고효율을 얻을 수 있어 가장 이상적이다. 이를 알아보기 위한 무부하와 부하실험을 하였다.〔3〕

대상 데이터

BLDC 전동기의 구동을 위한 Driver는 Six-Step 방식과 PWM 방식으로 실험을 하였으며 전동기의 제어에 우수한 PWM Driver 를 선정하였다. 그림 4은 Six-Step.

이론/모형

아울러 본 논문에서 다루는 자속위치검출을 위한 센서는 일본 Asahi KASEI 회사의 흘센서 HW-105A모델을 적용하였다. 센서의 사양은 표 2와 같다.
자속 분포에 대한 시뮬레이션을 Infolytica 사의 MagNet 프로그램을 이용하였다. 이 전동기의 자로는 모든 경로에서 균일하게 형성이 되므로 부분적인 자로만을 해석함으로써 자기회로의 특성을 파악할 수 있다.

성능/효과

소음과 진동이 심하였다. 결과적으로 부하실험시 역기전력과 전기자 반작용의 영향을 크게 받아 효율이 저하되는 결과를 알 수 있었다.
무부하 및 부하 실험한 결과 30’ 에서 45, 범위에서 전류 및 효율에 있어 우수한 특성을 보였다. 이는 자속의 위치에 맞추어 스위칭 타이밍이 적절함을 알수 있었다.
보여준다. 스위칭 타이밍의 조건에 따라 30° 인 경우 속도특성이 양호한 반면 a-0° 와 90° 인 경우같은 속도 대에서 전류의 크기가 8〜9배 증가하였으며 효율이 저하되었고 속도의 안정도가 떨어지며 소음과 진동이 증가하였다. 또한 a=0' 와 60° 에서 톡정 속도영역에서는 전류가 감소되는 구간이 있는데 이는 역기전럭의 증가와 부하시 전기자 반작용으로 인한 전류의 shift가 일어나서 자속 검출 위치의 각도가 위상차를 감소시키는 방향으로 일어나기 때문이다.
이 전동기의 자로는 모든 경로에서 균일하게 형성이 되므로 부분적인 자로만을 해석함으로써 자기회로의 특성을 파악할 수 있다. 이 시뮬레이션 결과로 공극에서 도체와 쇄교하지 못하고 인접한 영구자석 사이에서 생성되는 누설 자속과 회전자 disc 간의 누설이 있음을 알수 있다. 그림 3은 AFPM 전동기의 FEM을 이용한 자속 분포를 나타낸다.
a =30' 인 경우 전압과 전류의 위상이 거의 일치하며 전류의 파형도 다른 경우와 비교해 볼 때 양호하므로 이 운전점이 최적임을 알 수 있다. 종합적으로 볼 때 이 전동기인 경우 최적의 운전점은 a 각이 전기각 30' 이다.

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