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목차

제1장 서론 6

제2장 스포크 구조 회전자 형상 제안 13

2.1. 스포크 구조 회전자의 기존 구조 검토 13

2.2. 코깅토크 및 누설자속 저감을 위한 회전자 형상 제안 16

제3장 영구자석 동기전동기의 등가회로 방정식 20

3.1. 3상 전압 방정식 20

3.2. 좌표변환 25

3.3. 출력식 26

제4장 스포크 구조 전동기 설계 30

4.1. 설계 과정 30

4.2. 목표사양 분석 31

4.3. 스포크 구조 전동기 기초설계 36

4.4. 축방향 누설을 고려한 역기전력 보정계수 도출 44

4.5. 고정자 및 회전자 형상 상세 설계 47

4.6. 영구자석 감자해석 56

4.7. 스포크 구조 회전자 응력 해석 59

4.8. 열 유동 해석 66

제5장 착자요크 설계 71

5.1. 착자 시스템 72

5.2. 착자 방식에 따른 특성 검토 74

5.3. 착자요크 설계 77

5.4. 착자시험 및 결과 분석 93

제6장 전동기 제작 및 시험결과 분석 99

6.1. 스포크 구조 전동기 제작 99

6.2. 특성시험 및 분석 100

제7장 결론 106

참고문헌 108

국문 요약 119

ABSTRACT 121

초록보기

 전력 소비량의 지속적인 증가와 함께 대표적인 에너지 다소비 기기인 전동기의 고효율화에 대한 요구는 증가하고 있다. 또한 전기자동차의 보급이 확대되면서 가격이 높은 구동시스템의 저가격화에 대한 필요성이 높아지고 있다. 따라서 전동기의 저가격화를 위하여 가격이 저렴한 페라이트 영구자석을 적용하면서 출력밀도를 높이기 위한 스포크 구조 전동기의 다양한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문은 低 코깅토크와 누설자속 특성을 갖는 EV용 스포크 구조 영구자석 동기전동기의 설계에 대하여 기술하였다.

누설자속을 저감하는 회전자 구조를 도출하기 위하여 4가지 구조로 대표되는 기존 스포크 구조 전동기의 누설자속 저감 방법에 대하여 분석하였다. 이를 통하여 회전 적층 함으로써 코깅토크 및 누설자속을 저감하는 회전자 구조를 제안하였다. 제안된 회전자 구조는 코깅 토크, 쇄교자속, 회전자 응력 분포 분석을 통하여 타당성을 검증하였다.

스포크 구조 전동기 설계를 위한 설계 절차를 수립하였다. 기술된 설계 절차에 따라 0.5톤급 전기자동차의 동력 특성을 만족하기 위한 스포크 구조 전동기 설계를 수행하였다. 극수 슬롯 조합 선정, 영구자석과 전기강판 선정, 장하비 결정을 통한 기초 설계 과정을 기술하였다. 또한 스포크 구조 회전자 설계 시 고려해야 하는 축방향 누설자속, Ferrite 영구자석 적용 시 주의가 필요한 감자에 대하여 분석하였다. 마지막으로 회전자 구조해석과 열 유동 해석을 통하여 구조적, 열적 안정성을 확보하였다.

스포크 구조 회전자의 착자를 위한 분할 착자 요크를 설계하였다. 착자요크 설계의 타당성을 검증하기 위하여 착자요크 및 스포크 구조 회전자 시작품을 제작하여 착자시험을 수행하였다. 시험결과 95.1% 착자 가능함을 확인하였다.

스포크 구조 전동기 설계 검증을 위하여 전동기 시작품 제작 및 부하시험 설비를 구성하였다. 정격 운전, 최대토크 운전, 최대속도 운전에서 부하시험을 통하여 설계의 타당성을 검증하였다. 코깅토크 시험결과는 정격토크의 1% 수준으로 양호한 결과를 얻음으로써 본 논문에서 제안된 低 코깅토크와 누설자속 특성을 갖는 EV용 스포크 구조 회전자의 타당성을 검증하였다.

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