[논문]IPM 모터의 코깅토크 저감을 위한 노치 최적화

한광규; 강규홍; 안영규; 이동엽; 김규탁

IPM 모터의 코깅토크 저감을 위한 노치 최적화
Optimizing Notch to reduce Cogging Torque of IPM motor 원문보기

한광규 (창원대학교 전기공학과) , 강규홍 (모터넷) , 안영규 (창원대학교 전기공학과) , 이동엽 (창원대학교 전기공학과) , 김규탁 (창원대학교 전기공학과)

By reason of variation magnetic field, cogging torque is generated. Cogging torque of IPM is bigger than other type permanent magnet motor. So, this paper presents a Optimizeing notch to reduce cogging torque of interior type permanent magnet(: IPM) motor. Through Fourier formulation of magnetic field on rotor, we found position of notch and manufactured armature that is designed by optimizing analysis. The validity of the proposed design is confirmed with experiments.

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

문제 정의

따라서, 본 논문에서는 영구자석의 자화 영역이나 고정자의 치모양을 변화시키는 방법대신 영구 자석을 감싸고 있는 회전자의 표면을 변화시켜 공극의 자화분포를 조절하는 방법을 제안 하고 FEM을 통하여 계산 과정에서 고려할 수 없는 변수들 포함해 최적화를 수행하였다. 해석결과는 시작기를 제작해 실험과 비교하여 타당성을 입증 하였다.
본 논문에서는 IPM 전동기의 코깅 토크 최소화를 연구하였다. 기본적인 수식에 의하여 유도한 노치의 설계를 FEM을 이용하여 코깅 토크가 발생하는 환경을 최대한 고려하여 노치 설계 변수를 최적화 하였다.

제안 방법

수식에서 치와 철심의 포화 현상을 고려하지 않았기 때문이며 이를 위해 FEM을 통한 노치 최적화가 필요하다. 3, 6고조파성분의 코깅토크를 저감하기위한 노치의 위치를 고정하고 크기를 변화시켜 노치의 최적하를 수행하였다.
연구하였다. 기본적인 수식에 의하여 유도한 노치의 설계를 FEM을 이용하여 코깅 토크가 발생하는 환경을 최대한 고려하여 노치 설계 변수를 최적화 하였다. 최적화 모델은 노치에 의해 평균 공극이 커져 출력 저하를 우려하였지만 기본모델과 비교하여 역기전력이 98.
위의 수식에 의하여 3고조파 성분의 코깅 토크를 저감하기 위한 노치의 폭은 8.5°에서, 6고조파 성분의 코깅 토크를 저감하기 위한 노치의 폭은 2.0°, 노치의 깊이는 2[mm]로 노치에 관한 최적 파라메터를 결정하였다. 최적화 모델의 코깅 토크는 기본모델과 비교하여 87%가 저감되었다.
해석의 타당성을 위해 기본 모델과 최적화 모델을 제작하여 실험치와 비교 하였다.

성능/효과

FEM을 이용한 해석결과에서 최적화 모델이 기본 모델에 비하여 코깅 토크가 87% 저감되 었지만 두 모델의 실험 결과에서는 코깅 토크가 84.5% 저감되는 차이를 나타내었다. 이러한 결과는 부분적인 포화 현상과 재료의 불균일성으로 판단된다.
6%로 출력 변화가 크지 않고, 오히려 역기전력 파형의 고조파 성분이 제거 되어 기본모델 보다 더욱 안정한 출력을 낼 수 있다. 논문의 최적화 방법은 실험을 통하여 타당성을 입증하였다.
기본적인 수식에 의하여 유도한 노치의 설계를 FEM을 이용하여 코깅 토크가 발생하는 환경을 최대한 고려하여 노치 설계 변수를 최적화 하였다. 최적화 모델은 노치에 의해 평균 공극이 커져 출력 저하를 우려하였지만 기본모델과 비교하여 역기전력이 98.6%로 출력 변화가 크지 않고, 오히려 역기전력 파형의 고조파 성분이 제거 되어 기본모델 보다 더욱 안정한 출력을 낼 수 있다. 논문의 최적화 방법은 실험을 통하여 타당성을 입증하였다.
0°, 노치의 깊이는 2[mm]로 노치에 관한 최적 파라메터를 결정하였다. 최적화 모델의 코깅 토크는 기본모델과 비교하여 87%가 저감되었다.
이러한 결과는 부분적인 포화 현상과 재료의 불균일성으로 판단된다. 하지만 수치해석 방법으로 노치의 설계 변수를 이끌어내고 FEM을 이용해 노치를 최적화하는 본 논문의 내용이 실제 현상에서 그대로 나타나는 것을 입증 해줄 수 있는 충분한 결과이다.
수행하였다. 해석결과는 시작기를 제작해 실험과 비교하여 타당성을 입증 하였다.

후속연구

공극에 분포하는 자속밀도를 정확하게 전개 하는 연구를 진행하면 수치적으로 계산하지 못했던 노치의 너비와 깊이에 대한 최적화 방법을 명확히 결정 할 수 있으리라 사료되어 진다.

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