초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 전기 자동차의 핵심 구동원인 영구 자석 기반 다자유도 구형 인휠 허브전동기 개발을 (Spherical In-wheel Hub Motor) 목적으로 하며 이를 위하여 다음의 3가지 연구 목표 1) 전자기 쌍극자를 이용한 전자기장 해석 방법을 통한 다자유도인휠 허브 동력 시스템 개발과 이를 이용한 2) 인휠 허브 동력 시스템 제어 시스템과 3) 전자기장 기반의 자세 및 위치 센서 개발을 포함함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 전자기장 해석 방법 및 다자유도 인휠 허브 동력 시스템 개발

□ 연구개요
본 연구는 전기 자동차의 핵심 구동원인 영구 자석 기반 다자유도 구형 인휠 허브전동기 개발을 (Spherical In-wheel Hub Motor) 목적으로 하며 이를 위하여 다음의 3가지 연구 목표 1) 전자기 쌍극자를 이용한 전자기장 해석 방법을 통한 다자유도인휠 허브 동력 시스템 개발과 이를 이용한 2) 인휠 허브 동력 시스템 제어 시스템과 3) 전자기장 기반의 자세 및 위치 센서 개발을 포함함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 전자기장 해석 방법 및 다자유도 인휠 허브 동력 시스템 개발
기존의 FEM 방식보다 빠르고, 전자기 쌍극자 모델보다 정확한 강자성체 해석이 가능한 Moment method based distributed multipoles (MMDMP) 기법 개발하였으며 이를 기반으로 고속 회전과 동시에 기울임 제어가 가능한 3상 다자유도 전동기, spherical brushless direct current motor를 개발함.
2) 이러한 인휠 허브 동력 시스템 제어 시스템 개발
복수의 BLDC 드라이버를 이용한 3상입력으로 3자유도 토크를 원하는 방향과 크기로 발생시킬 수 있음을 규명함. 발생한 토크에 따른 회전자의 동적 특성 분석을 통해, 개루프 제어 방식으로도 안정적인 회전자의 축 회전 속도와 기울임을 제어할 수 있음을 입증함. 더불어, 정밀한 축 회전각과 기울임각을 제어하기 위한 폐루프 제어시스템을 개발 및 수치해석을 통해 작동원리와 성능을 입증함.
3) 전자기장 기반의 자세 및 위치 센서 개발
기울임 각도 추정을 위한 영구자석 기반 엔코더 개발함. 회전자의 기울여진 각도에 따라 영구자석에 의한 자기장의 변화를 인공신경망을 통해 추정하는 기법임. 더불어 회전자의 축회전 각도를 추정하는 기법 또한 개발함. 회전자에 부착된 Gyro 센서와 고정자에 부착된 Hall effect switch 센서 정보를 퓨전하여 축회전 각도를 추정함. 개발된 기술들은 3 자유도의 자기식 엔코더 개발에 응용 가능함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구의 개발 결과는 다자유도 전동기 분야에서의 학문/기술적 수준 향상과 함께, 새로운 전동기 산업 분야를 창출할 수 있는 핵심 연구 기술 분야임을 확인함. 이를 기반으로 다음과 같은 파급 효과를 기대함.
첫째로, 다자유도 전동기 연구 결과를 활용하여 자동차 및 항공기와 같이 고속 축회전과 동시에 기울임이 필요한 시스템에서 적용 가능함. 이를 통해 기존 모빌리티 시스템의 복잡한 동력계를 간소화하여 모빌리티의 다양한 공간적 요구사항을 만족시킬 수 있음. 나아가, 다자유도 전동기를 적용함으로써 모빌리티의 안전성과 에너지 및 비용 효율성을 높일 수 있음.
둘째로, 로봇 관절과 같은 정밀한 3자유도 자세 제어가 필요한 시스템에서 다자유도 전동기를 적용함으로써, 로봇의 자세 제어와 안정적인 움직임을 보장함과 동시에, 로봇 크기와 무게를 획기적으로 줄임으로써 로봇 산업 분야에서 로봇의 상용화 및 생산성 향상을 이룰 수 있음.
셋째로, 기존 전자기장 해석의 단점을 보완하고 다양한 전자기기 개발에 응용할 수 있는 새로운 해석 방법을 개발함. 이는 다양한 산업 분야에서 전자기장 해석 분야의 수요를 충족시키고, 더 나아가 새로운 전자기기 개발 분야(3자유도 자기식 엔코더, 자기 베어링 등)를 창출할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)