최근 전 세계적으로 환경 관련 규제가 강화되어가고 있으며, 대기 오염의 영향이 적고 높은 연료 에너지 효율을 갖는 전동 추진시스템의 적용이 점차 증가하고 있다. 대체로 높은 토크 밀도, 높은 에너지 효율, 낮은 토크 리플 등의 장점 갖는 3상 PMSM(Permanent magnet synchronous motor)을 전동 추진시스템에 적용하여 사용하고 있다. 최근에는 3상 PMSM와 비교하여 6상 PMSM이 주목받고 있다. 그 이유는 인버터 선형 변조 영역 확장으로 인한 인버터의 전압한계 증가, 권선 계수 향상으로 인한 출력밀도 향상 및 전동기와 인버터 고장 발생 시 더 많은 고장 옵션이 있다. 따라서, 6상 PMSM은 시스템의 고장 방지 능력과 출력밀도가 더 나은 특성을 갖는다.
우선, 본 논문은 6차 구동 시스템에 5차 고조파 주입 방법을 적용하여 동일 전류 첨두치 한계 내에서 전동기의 출력 토크 성능을 향상하는 방법을 제안한다. 기존에 6상 PMSM 출력 토크를 향상하기 위해 사용된 5차+7차 고조파 전류 주입 방법과 비교하여 제어 시스템이 안정적으로 동작 가능하며, 제어기 설계 복잡도가 감소하였다. 이는 고조파 성분을 교류(AC) 성분으로 변환해 공진 제어기로 제어하는 5차+7차 고조파 주입 방식 대신 고조파 성분을 직류 성분으로 변환하여 비례-적분 제어기로 제어했기 때문이다. 또한, 인버터 비선형성과 모터 설계 오차로 인한 고정자 고조파 성분에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용하여 고조파 성분을 추출하였다. 이를 기반으로 고조파 성분을 최소로 주입하고 최대의 출력 토크를 발생하는 5차 고조파 비율의 최적화 과정을 개발하였고 적용하였다. 또한, 전동기의 측정하기 어려운 물리적 특성을 이용한 토크 모델을 사용하지 않아도 본 논문에서 제안하는 방법을 사용하면 쉽게 주입할 5차 고조파 비율을 최적화할 수 있다. 그리고 5차 고조파 주입 방법을 정격 전류 조건에서 FEM(Finite element method) 시뮬레이션과 실험결과의 비교 및 분석을 통해 MTPPC(Maximum torque per peak current) 제어가 성공적으로 제어됨을 검증하였다.
그리고 6상 시스템의 장점이며, 고장 발생 시에 지속적인 운전이 가능하도록 고장회피 기동을 할 수 있는 제어 전략 중 하나인 6-3상 전환 제어 방법을 소개하였다. 또한, 3상 전환 제어 방법에서 내부 제어 함수의 특성을 이용하여, 3상 전환 시 상전류의 크기가 변하지 않은 제어 방법과 3상 전환 시 토크가 제어 방법을 개발하였다. 그다음 6상과 3상 전환 구동 시 정상상태에 대한 FEM 시뮬레이션으로 토크 성능을 비교 및 분석하였다. 그리고 전환 구동 시에 정상상태 및 과도 상태 특성을 분석하기 위해 실험을 진행하였으며, 그 결과를 제시하여 6-3상 전환 제어를 검증하였다.