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차세대 전동차용 직구동형 영구자석 전동기 설계기술
Direct Drive PM Motor Design for Next Generation Locomotive 원문보기

한국철도학회 2008년도 춘계학술대회 논문집, 2008 June 12, 2008년, pp.1860 - 1865  

김민석 (동아대학교, 전기공학과) ,  박지성 (동아대학교, 전기공학과) ,  김대광 ((주)현대로템 기술연구소) ,  김정철 ((주)현대로템 기술연구소) ,  정상용 (동아대학교, 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The propulsion for locomotive application has changed from the DC motor system to the induction motor system. Although the induction motor system has almost reached the stage of maturity, this system also needs to be changed to the PM motor system for the direct drive without using reduction gear. T...

AI 본문요약
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문제 정의

  • 제안된 수치해석 기법 적용을 통하여 식 (1)과 (2)의 교차자화작용을 고려한 IPMSM의 회로정수를 다양한 부하조건(d-q축 전류 및 위상각)에 따라 수치해석적으로 추출할 수 있지만, 동일한 조건의 현실적 구현이 불가능하므로 실험적으로 타당성을 증명하기 어려워 추출된 결과의 신뢰성을 확보하기 어렵다. 따라서 본 논문에서는 실험적으로 구현이 가능한 새로운 변수인 통합형 d-q축 쇄교자속으로 IPMSM을 새롭게 정의하고자 한다. 이는 자속 발생원에 관계없이 교차자화 작용이 고려된 영구자석 및 d-q축 전류에 의한 개별자속을 통합화 시킨 것으로 아래와 같이 표현할 수 있다.
  • 본 논문은 차세대 전동차에 장착되는 영구자석 전동기를 대상으로 전동기의 특성분석과 해석 및 설계 기술을 나타내며 국내 차세대 전동차에 적합한 영구자석 전동기를 개발할 수 있는 요소기술을 마련하기 위한 것이다.
  • 아울러 차세대 주전동기로 주목 받는 것은 소형, 경량화가 유리하면서도 효율이 높은 전폐형 영구자석 동기전동기이다. 본 논문은 차세대 전동차에 장착되는 직구동형 영구자석 전동기를 대상으로 전동기의 특성분석과 특성해석 및 설계기술을 나타내었다. 특히, IPMSM의 벡터제어에서 고려하지 않았던 Lqd,Ldq,λmq 등을 고려하였으며 원활한 벡터제어를 수행하기 위해서 서로 독립적인 관계를 가지는 d-q축 전류(Lqqiq, Lqdid, Lddid, Ldqiq)와 영구자석(λmd, λmq)의 여자에 의해 교차자화된 쇄교자속 들을 추출할 수 있는 수치해석적 기법을 소개하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전동차 구동용 전동기가 전동차시스템의 운전특성을 고려해 만족해야하는 성능은? 전동차 구동용 전동기는 전동차시스템의 운전특성을 고려하여 구조적 강건성, 높은 출력 및 토크밀도, 넓은 운전 속도영역, 우수한 내환경성(내진, 내열, 내부식 등), 고효율 운전제어성 등의 다양한 성능사양을 만족해야 한다. 이와 같은 특징에 부합할 수 있는 고급형 전동기로는 고에너지 희토류계 영구자석 (Rare-Earth Permanent Magnet)을 사용하는 영구자석전동기로, 그 중에서 특히 매입형 영구자석 동기 전동기(Interior buried Permanent Magnet Synchronous Motor)는 영구자석이 회전자에 매입되어 있 어 구조적으로 안정성이 크며, 자기적 돌극성(Magnetic Saliency)이 좋아 넓은 속도영역 운전을 위한 약계자제어성(Field-Weakening Controllability)과 출력/토크 밀도가 우수하여 고효율 운전이 가능하다.
직접 구동형 영구자석 전동기의 장점은? 동기전동기 중에서도 차세대 주전동기로 주목 받는 것은 소형, 경량화가 유리하면서도 효율이 높은 전폐형 영구자석 동기전동기이다. 직접 구동형 영구자석 전동기는 간접 구동형 유도전동기에 이어 소형, 경량화 및 유지보수 비용 절감 등의 이점이 있다. 
매입형 영구자석 동기 전동기의 회전자 영구자석 배치 및 자화 방향은 어떻게 되어있는가? 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)의 형상을 그림 1에 나타내었다. 회전자의 영구자석 배치는 N, S극이 번갈아 가며 놓여있으며 회전자의 영구자석에 의한 자화 방향은 반경 방향의 중심축에 평행한 방 향으로 자화되어 있다. 자석에 의한 자속의 방향을 고려하여 반경 방향의 자석 중심축을 d축으로, d축 으로부터 전기각으로 90 ̊만큼 떨어져 있는 자석 사이의 중심을 q축으로 정의한다.
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