초록 ▼

연구개요
영구자석(PM) 버니어모터는 기존 PM모터와 달리 자석으로부터 발생하는 주(主) 자속 뿐 아니라 슬롯고조파에 의한 변조자속을 동시에 사용으로써 역기전력과 출력밀도가 크게 증가함이 밝혀졌다. 그러나 이러한 버니어효과를 얻기 위한 조건에서 역률저하를 피할 수 없으며, 버니어모터의 실제 적용을 위해 최대의 문제점으로 인식되고 있다. 한편 버니어효과를 얻기 위한 구조와 모터 특성의 이론적 상관분석은 분포권 방식을 기준으로 확립되어 있으며, 슬롯 집중권을 적용하는 경우에는 모터 설계기준조차 불분명하다. 이 같은 문제를 해결하기

연구개요
영구자석(PM) 버니어모터는 기존 PM모터와 달리 자석으로부터 발생하는 주(主) 자속 뿐 아니라 슬롯고조파에 의한 변조자속을 동시에 사용으로써 역기전력과 출력밀도가 크게 증가함이 밝혀졌다. 그러나 이러한 버니어효과를 얻기 위한 조건에서 역률저하를 피할 수 없으며, 버니어모터의 실제 적용을 위해 최대의 문제점으로 인식되고 있다. 한편 버니어효과를 얻기 위한 구조와 모터 특성의 이론적 상관분석은 분포권 방식을 기준으로 확립되어 있으며, 슬롯 집중권을 적용하는 경우에는 모터 설계기준조차 불분명하다. 이 같은 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 1) 슬롯 집중권 적용시 버니어효과를 확보하는 슬롯과 자석의 극수 조합에 대한 설계규칙을 도출하며, 2) PM 버니어모터의 역률을 개선하기 위해 듀얼인버터를 이용한 무효전력보상의 적용을 제안하였다. 연구내용의 검증을 위해 1kW급의 집중권 버니어모터를 설계, 제작하고, 실험을 통해 제안된 기술의 가능성을 확인하였다.

연구 목표대비 연구결과
■ 최종목표 : 슬롯 집중권 PM 버니어 모터의 설계방법론 제시 및 고역률 운전을 위한 보상회로 적용과 검증
1) 1차년도: PM 버니어모터의 슬롯 집중권 적용을 위한 일반 설계규칙 및 구조를 목표로 버니어모터로 사용 가능한 자석과 슬롯조합을 제시했으며 가변속 운전을 위해 요구 출력과 기저 및 최대속도가 주어진 경우에 목표성능을 만족하기 위한 버니어모터의 최적설계과정을 해석적 기법을 통해 제시했으며, SCI논문 2편 게재, 국제학술대회 논문 2편 발표함

2) 2차년도: 집중권 PM버니어모터의 역률개선을 위해 듀얼 인버터구동을 통한 직렬 보상기법을 제시했으며 해석의 간편성을 위한 시뮬레이션 기법을 도입. 이를 통해 역률과 운전속도 확장효과를 확인하였으며, SCI논문 1편 게재, 국내특허 1건 출원 및 국제학술대회 논문 3편 발표함.

3) 3차년도: 1kW급 집중권 PM 버니어 모터의 코어 설계, 제작 및 운전특성 측정을 목표로 기존 모터 대비 약 75% 체적의 버니어 모터를 설계, 제작했으며 직렬보상을 통해 30%이상의 운전속도 확장이 가능함을 실험을 통해 검증하고, SCI논문 2편게재 및 국제학술대회 논문 2편 발표함.

연구개발결과의 중요성
■ 집중권구조의 버니어모터가 충족해야하는 슬롯/극수의 조건과 각각의 조합에 대한 모터의 출력(역기전력)상수를 제공함에 따라 특정한 운전속도, 토크특성을 요구하는 적용 대상에 대해 실현 가능한 설계 범위를 예측할 수 있도록 하였음.

■ 속도/토크의 구체적 요구특성으로부터 기기의 요구 회로정수 추출, 이로부터 기기의 공극반경, 적층길이 및 슬롯조합의 이론적 결정방법은 버니어모터를 포함한 대부분의 PM 모터 설계에 적용 가능하며, 특히 D²L법 기반의 정속도 출력방정식을 가변속 요구특성을 만족하도록 하는 기존의 시행착오적 반복 설계의 단점을 크게 개선할 수 있다는 점에서 학술적 가치가 매우 높음.

■ 듀얼인버터를 사용한 버니어모터 구동을 통해 큰 폭의 역률개선 효과 뿐 아니라 운전속도의 범위를 확장기능은 버니어모터의 사용 대상을 확장할 수 있다는 데에 의미가 깊으며, 이를 통해 저속에 적합한 기기로 알려져 있는 버니어모터를 전기자동차와 같이 넓은 운전 속도범위를 요구하는 대상에도 적용가능하게 함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• I. 집중권 버니어 모터의 설계규칙 도출 (1차년도 연구내용) ... 4
• II. 집중권 PM 버니어모터의 역기전력, 리액턴스 특성분석 및 최적 설계기술 (2차년도 연구내용) ... 8
• III. 버니어모터의 철심부 설계 (3차년도 연구내용) ... 10
• IV. 역률개선을 위한 직렬보상회로 적용 (2차년도 연구내용) ... 12
• V. 1kW급 버니어모터의 설계, 제작 및 검증 (3차년도 연구내용) ... 14
• VI. 결론 ... 18
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 19
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 27