Design of In-Wheel Motor for Automobiles Using Parameter Map

Electric Vehicle (EV) can be categorized by the driving method into in-wheel and in-line types. In-wheel type EV does not have transmission shaft, differential gear and other parts that are used in conventional cars, which simplifies and lightens the structure resulting in higher efficiency. In this paper, design method for in-wheel motor for automobiles using Parameter Map is proposed, and motor with continuous power of 5 kW is designed, built and its performance is verified. To decide the capacity of the in-wheel motor that meets the automobile's requirement, Vehicle Dynamic Simulation considering the total mass of vehicle, gear efficiency, effective radius of tire, slope ratio and others is performed. Through this step, the motor's capacity is decided and initial design to determine the motor shape and size is performed. Next, the motor parameters that meet the requirement is determined using parametric design that uses parametric map. After the motor parameters are decided using parametric map, optimal design to improve THD of back EMF, cogging torque, torque ripple and other factors is performed. The final design was built, and performance analysis and verification of the proposed method is conducted by performing load test.

파라미터 맵을 이용한 차량용 인휠 전동기의 설계

전기자동차는 구동방식에 따라 인휠(in-wheel) 방식과 인라인(in-line) 방식으로 구분될 수 있다. 인휠 방식 전기자동차는 기존의 자동차에서 사용하였던 변속기, 축, 차동기어 등을 제거 할 수 있기 때문에 구조가 간단해지고 차체를 경량화하여 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 파라미터 맵(parameter map)을 이용한 차량용 인휠 전동기의 설계 방법을 제시하고, 연속정격 5 kW급 전동기를 설계하여 제작 및 성능 검증을 한다. 우선 차량의 요구 성능을 만족하는 인휠 전동기의 용량을 결정하기 위해 차량의 총무게, 기어 효율, 바퀴의 등가반경, 등판각도 등을 고려한 차량동특성해석을 수행한다. 이것을 통해 전동기 용량을 결정하고, 전동기 형상 및 치수를 결정하기 위한 초기설계를 진행한다. 그리고 요구 성능을 만족하는 전동기 파라미터를 결정하기 위해 파라미터 맵을 이용한 파라미터 설계를 수행한다. 파라미터 맵을 통해 전동기 파라미터를 결정한 후 마지막으로 무부하역기전력의 왜형율(Total Harmonic Distortion, 이하 THD), 코깅토크(cogging torque), 토크리플(torque ripple) 등의 개선을 위해 최적설계를 수행한다. 최종 설계 모델에 대해 제작을 하였으며, 성능 검증 및 제시한 설계방법의 신뢰도 검증을 위해 부하시험을 진행한다.