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Title Page

ABSTRACT

Contents

I. Introduction 11

1. Introduction of the research 11

2. Composition of a thesis and configuration 15

II. Design of the traction motor 16

1. Design process 16

2. Determination of the design target 17

3. Selection of the motor type 18

4. Determination of the motor size 21

5. Pole-slot number selection 23

6. Determination of the winding method 24

7. Rotor topology optimization 26

III. Analysis of traction motor 29

1. No-load analysis 29

2. Load analysis 35

3. Mechanical analysis 42

IV. Verify the designed motor by experiment 44

V. Determining the specifications of the designed motor 52

VI. Conclusion 54

References 56

국문 초록 66

List of Tables

TABLE I. TORQUE RIPPLE UNDER THE RATED AND MAXIMUM CURRENT 39

TABLE II. PARAMETERS OF THE DESIGNED TRACTION MOTOR 53

TABLE III. CHARACTERISTICS OF THE DESIGNED TRACTION MOTOR 53

List of Figures

Figure 1. Proposed design process for the traction motor 16

Figure 2. The structure of designed traction motor for heavy-duty vehicles: (a) construction of the motor and (b) FEM mesh grid for... 20

Figure 3. Analysis results for the back EMF of the (a) non-skewed and (b) skewed models 31

Figure 4. High-order harmonics distribution of the back EMF of the (a) non-skewed and (b) skewed models 32

Figure 5. Analysis results for the cogging torque of the (a) non-skewed and (b) skewed models 33

Figure 6. High-order harmonics distribution of cogging torque of the (a) non-skewed and (b) skewed models 34

Figure 7. FEM analysis of the torque according to the current phase under (a) the rated current (200A) and (b) the maximum current (420A) 37

Figure 8. Comparison of torque between skewed and non-skewed models through FEM under (a) the rated current (200A) and (b) the... 38

Figure 9. FEM analysis of the magnetic flux density distribution at the maximum current 39

Figure 10. FEM analysis results for (a) the torque-speed and the power-speed characteristics and (b) the efficiency map 41

Figure 11. (a) von Mises stress distribution in the rotor at 7200rpm. (b) Variation in von Mises stress according to the rotational speed 43

Figure 12. (a) Prototype of the designed traction motor and (b) Traction motor test platform 45

Figure 13. Back EMF waveforms derived from (a) FEM analysis and (b) experimental data 47

Figure 14. FEM analysis and experimental results for (a) torque and (b) power according to the rotational speed 49

Figure 15. FEM analysis and experimental results at a base speed of 2000 rpm for (a) torque and (b) power according to the rotational speed 50

Figure 16. Efficiency map derived from the experimental result 51

초록보기

 환경오염과 화석 연료의 고갈 문제로 인해 세계적으로 전기 운송수단에 대한 관심이 증가하고 있다. 특히 버스, 트레일러, 트럭과 같은 대형 상용차 구동을 위한 고성능 견인 전동기 개발에 대한 연구가 필요하다. 본 논문에서는 버스와 트레일러와 같은 대형차에 범용으로 사용 가능한 견인전동기의 해석 및 설계 프로세스에 대한 연구를 했다. 대형차 구동용 견인전동기는 고 토크, 고 파워, 높은 효율, 넓은 회전 속도가 요구된다. 따라서 회전자의 영구자석 배열을 델타 형상으로 한 영구자석 매입형 동기 전동기 (IPMSM)를 사용하여 토크와 출력이 향상된 전동기를 설계했다. 또한, 회전자에 스텝 스큐 구조를 적용하여 코깅 토크의 고조파 성분을 제거하여 진동과 소음을 줄였으며, 역기전력의 총 고조파 왜곡율 (THD)을 줄였다. 본 논문에서 제안된 대형 차 구동용 고 성능 견인전동기의 해석 및 설계 접근법과 결과물의 유용성은 유한요소법 (FEM) 및 시제품 시험을 통해 검증하였다.

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