[논문]오버행 구조를 갖는 단상 유도동기 전동기의 특성해석

신광철; 권병일; 류세현; 김병택

오버행 구조를 갖는 단상 유도동기 전동기의 특성해석
A study on characteristic analysis using overhang structure in Line Start Permanent Magnet Motor 원문보기

신광철 (한양대학교) , 권병일 (한양대학교) , 류세현 (한양대학교) , 김병택 (군산대학교)

The characteristic of line start permanent magnet(LSPM) motor with overhang structure is analyzed using 3dimensional finite element method(3D FEM). We propose the appropriate overhang length by considering the magnetic flux distribution according to changing overhang length and manufacturing process. 3D FEM analysis is inevitable because the increase of the total flux cannot be appropriately considered in 2D FEM. In equal model specification total flux is recalculated at 3D FEM, because of considering lamination length. This paper compares the characteristic of Back-emf with and without overhang by permanent magnet that has identical volume.

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문제 정의

본 논문에서는 유한요소 해석을 이용한 단상 LSPM의 오버행 유무에 관한 공극 자속밀도 특성 및 역기전력의 특성 변화를 검토하였다. 오버행을 갖지 않는 모델을 대상으로 3차원 유한요소 해석을 이용하여 도출한 공극 총 자속량을 기준하여 2차원 유한요소 해석으로 도출한 역기전력 특성을 보정한 후, 오버행을 갖는 모델의 공극 총 자속량 해석을 통한 역기전력을 산출하였다.
일반적으로 대부분의 종래 LSPM은 제조 단가문제를 고려하여 고정자와 회전자를 세트화하여 프레스 공정으로 제작하는 이유로 고정자와 회전자의 적층길이가 동일한 치수로 제작이 되어지는 경우가 보편화되어 있지만, 본 논문에서는 LSPM의 특성 개선에 관한 연구의 일환으로써, 종래 고정자의 적충 길이와 회전자의 적층길이가 동일한 모델과는 달리 회전자의 적충길이가 더 긴, 오버행을 갖는 구조의 단상 LSPM에 대한 특성을 고찰한다. 오버행을 갖지 않는 기본모델을 기준하여 동일한 영구자석의 체적을 갖는 조건으로, 회전자의 축 방향 길이가 고정자 축 뱡향 길이보다 더 큰, 오버행을 갖는 임의의 모델을 선정하여 역기전력의 크기를 비교함으로써 오버행에 따른 효율 상승의 가능성을 확인하였다.

제안 방법

고찰한다. 오버행을 갖지 않는 기본모델을 기준하여 동일한 영구자석의 체적을 갖는 조건으로, 회전자의 축 방향 길이가 고정자 축 뱡향 길이보다 더 큰, 오버행을 갖는 임의의 모델을 선정하여 역기전력의 크기를 비교함으로써 오버행에 따른 효율 상승의 가능성을 확인하였다. 해석기법으로는 오버행이 없는 모델을 대상으로 2차원 유한요소 해석을 통하여 얻어낸 자속량과 역기전력을 기준하여, 오버행을 갖는 모델들의 3차원 유한요소 해석을 이용한 공극 자속량을 계산하여 역기전력의 크기를 산출한다.
검토하였다. 오버행을 갖지 않는 모델을 대상으로 3차원 유한요소 해석을 이용하여 도출한 공극 총 자속량을 기준하여 2차원 유한요소 해석으로 도출한 역기전력 특성을 보정한 후, 오버행을 갖는 모델의 공극 총 자속량 해석을 통한 역기전력을 산출하였다.
오버행을 갖지 않는 기본모델을 기준하여 동일한 영구자석의 체적을 갖는 조건으로, 회전자의 축 방향 길이가 고정자 축 뱡향 길이보다 더 큰, 오버행을 갖는 임의의 모델을 선정하여 역기전력의 크기를 비교함으로써 오버행에 따른 효율 상승의 가능성을 확인하였다. 해석기법으로는 오버행이 없는 모델을 대상으로 2차원 유한요소 해석을 통하여 얻어낸 자속량과 역기전력을 기준하여, 오버행을 갖는 모델들의 3차원 유한요소 해석을 이용한 공극 자속량을 계산하여 역기전력의 크기를 산출한다. 이로부터, 동일한 영구자석의 체적을 유지하며, 오버행을 갖는 단상 LSPM이 오버행을 갖지 않는 모델에 비하여 효율상승의 가능성이 있음을 확인한다.

대상 데이터

본 논문의 연구대상 모델인 단상 LSPM 전동기의 형상 및 설계사양은 각각 그림 1과 표 1에 나타내었다.
등에 관한 사양을 보인다. 오버행을 갖는 모델 선정은 기본모델을 기준하여 고정자의 적충길이는 50 [mm], 영구자석의 길이는 32 [mm], 부피는 1600 [mm³]로 고정시킨 후, 회전자의 적충길이에 따른 영구자석의 높이를 변화시켜 오버행의 길이를 선정하였다.

성능/효과

5 [%] 더 큼을 확인할 수 있었다. 이로부터, 단상 LSPM 전동기에 있어 영구자석의 체적을 동일하게 유지하며 오버행을 주었을 경우 오버행을 갖지 않는 모델에 비하여 효율 상승을 기대할 수 있음을 확인 하였다.
해석기법으로는 오버행이 없는 모델을 대상으로 2차원 유한요소 해석을 통하여 얻어낸 자속량과 역기전력을 기준하여, 오버행을 갖는 모델들의 3차원 유한요소 해석을 이용한 공극 자속량을 계산하여 역기전력의 크기를 산출한다. 이로부터, 동일한 영구자석의 체적을 유지하며, 오버행을 갖는 단상 LSPM이 오버행을 갖지 않는 모델에 비하여 효율상승의 가능성이 있음을 확인한다.
대한 역기전력을 산출한 비교표이다. 표에서 보이듯이 오버행을 25 [%] 갖는 모델이 오버행을 갖지 않는 모델에 비하여 역기전력의 크기가 약 10.5 [%] 증가함을 확인할 수 있다.
해석 결과, 오버행을 갖지 않는 모델에 비하여 동일한 영구자석의 체적을 가지며 25 [%]의 오버행을 갖는 모델의 역기전력 값이 10.5 [%] 더 큼을 확인할 수 있었다. 이로부터, 단상 LSPM 전동기에 있어 영구자석의 체적을 동일하게 유지하며 오버행을 주었을 경우 오버행을 갖지 않는 모델에 비하여 효율 상승을 기대할 수 있음을 확인 하였다.

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