[논문]Spoke Type Motor의 운전특성 향상을 위한 구조 최적화연구

한광규; 장기봉; 김규탁

Spoke Type Motor의 운전특성 향상을 위한 구조 최적화연구
A study on structure optimization to improve operating characteristic of Spoke Type Motor 원문보기

한광규 (창원대학교 전기공학과) , 장기봉 (창원대학교 전기공학과) , 김규탁 (창원대학교 전기공학과)

This paper deals with a design to improve operating characteristic of spoke type BLDC motor. The rotor and stator is redesigned as rounding teeth of stator and pole surface of rotor. Result, cogging torque is reduced greatly. The Finite Element Analysis(FEM) is used to characteristics. The Prototype has been manufacturing to confirmed the validity of the proposed technique.

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문제 정의

본 논문에서는 Spoke type motor의 운전특성 향상을 위하여 공극의 형상을 변화시키는 구조적인 최적화를 연구하였다. 공극의 고정자 표면과 회전자 표면을 불균일하게 재설계하여 공극이 균일한 기본모델의 코깅 토크와 비교하고 역기전력의 변화를 분석하였다, FEM을 통한 특성해석으로 본 연구에서 제안한 코깅 토크 저감법의 타당성과 우수성을 검증하였다.
본 논문에서는 코깅 토크로 인한 Spoke type BLDC motor의 토크 리플을 공극의 구조를 최적화 함으로써 운전 특성을 향상 시켰다. 구형파 형상의 공극 자속밀도 분포를 정편화 하기 위하여 공극의 형상을 변화시켰다.
코깅 토크를 저감하기 위하여 본 연구에서는 공극의 구조를 변화시켜 공극의 자속밀도를 정현적으로 분포하도록 재설계하였다. 공극을 결정하는 회전자의 자극 면 형상과 고정자 치의 표면 형상을 독립적으로 변화시킨 모델과 기본 모델의 motor 특성을 비교하였다.

제안 방법

재설계하였다. 공극을 결정하는 회전자의 자극 면 형상과 고정자 치의 표면 형상을 독립적으로 변화시킨 모델과 기본 모델의 motor 특성을 비교하였다. Stator opt.
공극의 고정자 표면과 회전자 표면을 불균일하게 재설계하여 공극이 균일한 기본모델의 코깅 토크와 비교하고 역기전력의 변화를 분석하였다, FEM을 통한 특성해석으로 본 연구에서 제안한 코깅 토크 저감법의 타당성과 우수성을 검증하였다.
향상 시켰다. 구형파 형상의 공극 자속밀도 분포를 정편화 하기 위하여 공극의 형상을 변화시켰다. 본 논문에서 제안한 공극의 형상을 변화시키는 두 가지 방법 중 Rotor opt.
Stator opt. 모델은 공극의 형상을 결정하는 고정자 치의 단부를 V자 형으로 재설계하여 공극의 자속밀도 분포를 변화시켰다. Rotor opt.
Rotor opt. 모델은 회전자의 자극면을 재설계하여 공극 자속밀도 분포를 변화 시켰다. 자극면의 전기 각 60도는 기본모델과 같이 공극 길이가 동일 하도록 하고 양측 가장자리 전기각 60도를 회전자와 반경이 같고 중심축이 다르게 설계하여 자극 중심에서 가장자리로 갈수록 자기저항이 커지도록 설계하였다.
모델은 회전자의 자극면을 재설계하여 공극 자속밀도 분포를 변화 시켰다. 자극면의 전기 각 60도는 기본모델과 같이 공극 길이가 동일 하도록 하고 양측 가장자리 전기각 60도를 회전자와 반경이 같고 중심축이 다르게 설계하여 자극 중심에서 가장자리로 갈수록 자기저항이 커지도록 설계하였다.

대상 데이터

Stator opt.모델은 16.4HV]로 기본 모델의 83.5[%]이다. Stator opt.

성능/효과

기본모델은 고정자 치의 양측 단부와 회전자 자극의 양측 단부가 교차하는 지점에서 자기저항의 변화가 매우 급격하여 코깅 토크가 0.428[Nm]로 최적화 모델들에 비하여 매우 크게 나타났다. Stator opt.
모델과 Rotor opt. 모델은 고정자 치와 회전자 자극의 인, 출입 위치에서 자기저항의 변화가 급격하지 않음으로 코깅 토크 또한 기본모델의 38[%], 34[%]로 저감되었다
Stator opt.모델은 고정자 치의 수가 많고 코깅 토크 저감을 위해 치의 단부를 상당부분 최적화 하여 공극의 평균길이가 커져 공극의 자속밀도가 감소하여 역기전력이 감소되었다. Rotor opt.
정 토크의 기본파를 비교하였을 때 Rotor opt. 모델이 가장 양호한 결과로 나타났다.

후속연구

본 논문에서 제안한 공극의 형상을 변화시키는 두 가지 방법 중 Rotor opt.모델과 같이 회전자 자극면을 재설계하으로써 기본모델의 토크 최대치를 유지하고 운전 토크의 리플을 크게 저감하는 결과를 얻었다, 제안된 방법으로 Spoke type BLDC motor의 운전특성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

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