The Characteristic Analysis of a Single-Layer 12-slot 10-pole PM Synchronous Motor with Asymmetric Teeth Widths

단층권 12-Slot 10-Pole 영구자석 동기 전동기의 비대칭 치폭에 따른 특성 해석

Abstract

Single-layer winding configuration in a 12-slot 10-pole Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) has been adopting in electrical power steering (EPS) systems to get the high fault tolerance capability of the motor. However, the motor with single-layer winding has magnetic circuit saturations in the teeth, which deteriorates its performance. In this paper, we propose asymmetric teeth widths to get over the demerit, and analyze the effect of the teeth width ratio variations on the performances of the PMSM. As a result, we suggest the most valuable teeth width ratio for designing the PMSM with a single-layer winding configuration.

단층권을 갖는 12-Slot 10-Pole 영구자석 동기전동기는 고신뢰성이 요구되는 자동차 전기조향장치 시스템용으로 응용되고 있다. 하지만, 권선이 감겨져 있는 치에는 전류에 의한 기자력이 집중되는 구조이기 때문에 자기회로의 포화로 인한 기자력 감소가 발생하고, 이는 전동기의 성능을 저하시키게 된다. 본 논문에서는 이와 같은 단점을 개선하기 위해 고정자에 비대칭 치폭을 제안하고, 다양한 치폭 비 변경에 따른 전동기의 특성을 정밀 해석한다. 그 결과, 단층권을 갖는 자동차 전기조향장치용 PMSM 설계 시 특성 측면에서 가장 효율적인 치폭 비를 제시한다.

Fig. 1. 12-Slot 10-Pole PMSM with a single-layer winding. 그림 1. 단층권 12-Slot 10-Pole 영구자석 동기 전동기

Fig. 2. Teeth width variation. 그림 2. 치폭 변경

Fig. 3. No-load back-EMF. 그림 3. 무부하 역기전력

Fig. 4. No-load iron loss. 그림 4. 무부하 철손

Fig. 5. Teeth flux density. 그림 5. 치 자속 밀도

Fig. 6. Rated-load torque. 그림 6. 정격부하 토크

Fig. 7. Rated-load iron loss. 그림 7. 정격부하 철손

Fig. 8. Flux lines (Teeth width ratio=1.6). 그림 8. 자속선 분포도 (치폭 비=1.6)

Fig. 9. Rated-load efficiency. 그림 9. 정격부하 효율

Table 1. Specifications of the PMSM. 표 1. 영구자석 동기 전동기 설계사양