• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 추계학술대회
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• pp.10-12
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• 2019

영구자석 동기 전동기는 높은 효율과 전력 밀도 등의 장점때문에 자동차나 엘리베이터 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 영구자석 동기 전동기의 구동에는 여러가지 이유로 인해 고조파 토크 리플이 존재한다. 이러한 토크 리플은 속도 리플을 유발하여 소음이나 진동의 원인이 되며, 그 분포가 전동기의 구조나 운전점에 따라 변화하기 때문에 제어 성능에 매우 큰 영향을 준다. 본 연구에서는 영구자석 동기 전동기의 운전점에 따라 변화하는 토크 리플을 상쇄하기 위해 주입할 최적의 고조파 토크를 실시간으로 추적하는 방법을 제안한다. 제안된 방법에서는 속도 제어 중 토크 리플에 의해 발생하는 속도 리플을 적분하여 평가지표로 삼고, 속도 리플이 감소하는 방향으로 주입할 고조파 토크의 크기와 위상을 조정한다. 이 방법은 제정수 추출이나 회전자의 위치 별 토크 테이블 없이 운전 조건의 변화에 따라 토크 리플의 최적 보상점을 추적한다는 장점이 있다. 제안된 방법의 효과는 시뮬레이션을 통해 검증되었다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
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• pp.52-54
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• 2020

다상 BLDC 모니터는 높은 효율, 단위 전류당 높은 토크 밀도 및 비교적 쉬운 제어 특성으로 인해 동일 크기, 동일 무게에서 더 높은 출력을 요구하는 대형 트랙션 또는 선박 추진 응용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 선박 등의 대용량 추진 시스템은 안정적인 운전 성능을 위해 모터의 일부 상 고장의 경우에도 시스템의 안정적인 동작이 중요한 이슈가 되고 있다. 본 논문에서는 모터의 한 상에서 고장이 발생한 경우 BLDC 모터의 정상인 상 전류의 위상각을 제어하여 토크 리플을 저감하는 제어 방법을 제안한다. 제안된 방법은 토크 리플에 큰 영향을 미치는 출력 토크의 2차 고조파 성분의 합이 영이 되도록 정상인 상 전류의 위상각을 제어하여 가능한 범위 내에서 최대 출력 토크를 얻음과 동시에 토크 리플 성분을 최소화한다. 본 논문에서 제안한 방법은 12상 BLDC 모터의 HILs 시뮬레이션을 통해 검증하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.717-718
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• 2015

전동기를 설계 시 자기등가회로법은 전동기의 세부 형상에 크게 구애를 받지 않기 때문에, 공간고조파법과 수치해석기법에 비해 유용하다. 이 논문에서는 Spoke type PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)의 회전자 자기등가회로를 설계하였다. 회전자 자기등가회로를 통해, 마그네틱 토크 성분을 구성하는 공극자속밀도 수식을 이끌어 낼 수 있다. 이를 통해, Spoke type PMSM은 마그네틱 토크가 주 토크이기 때문에, 공극 자속밀도 및 형상치수비를 이용하여 전동기의 크기를 계산하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.277-283
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• 2020

기계식 기어의 치를 영구자석으로 대체한 동심 마그네틱 기어에서 원주방향을 따라 놓인 모든 자석이 동력 전달에 관여하므로 감속비를 결정하는 자석의 극수비는 마그네틱 기어의 거동 특성에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 극수비를 변화시켜가며 마그네틱 기어에서 생성되는 전달토크의 밀도, 동손을 고려한 토크의 효율, 코깅 특성을 포함한 토크의 품질 등을 유한요소 해석을 이용하여 비교 분석하였다. 구동측의 극수를 2극에서 5극까지 변화시킬 때 전달토크가 최대가 되는 최적의 극수비가 존재함을 확인하였으며 이는 모듈레이터를 통한 구동측 자기장의 필터링 성분에 직접적인 영향을 받다. 전달 효율 역시 와전류 생성 밀도와 자기장간에 비례특성이 있으므로 전달 토크 밀도와 유사한 경향을 나타내는 것을 알 수 있으며 낮은 기어비에서는 95% 이상의 효율을 보인다. 제한된 극수를 갖는 영구자석의 상호작용에 기인하는 코깅 특성은 일반적인 동기 모터에서와 같이 구동측 자석의 개수와 모듈레이터 치의 개수간의 최소공배수에 반비례하는 것을 확인할 수 있었다. 전달 토크 평가를 위해 실제 시험 모델이 제작되었고 실증시험이 진행되었다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.77-84
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• 2024

기어비 변환을 목적으로 설계한 전자석 마그네틱 기어는 영구자석을 이용한 마그네틱 기어와 비교해 낮은 토크 밀도를 가져 토크 밀도의 개선이 필요하다. 이를 보완하고자 기어비 변환 시 각각의 회전자의 자화 방향이 일정한 치를 확인하여 이에 영구자석을 부착해 부족한 토크 밀도를 높이는 연구를 진행했다. 하지만 영구자석이 고르게 부착되지 않으면서 발생한 자속밀도의 불균일로 인해 토크 리플이 증가하는 현상이 문제점으로 발생 되었다. 따라서 전자석 마그네틱 기어의 토크 리플을 감소시키고자 진행된 선행연구를 토대로 폴피스 브릿지, 필레 방식을 적용하여 기어비 변환을 하더라도 각각의 토크 리플을 개선할 수 있는 최적의 방법을 모색하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권4호
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• pp.35-42
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• 2019

현재 자동차 산업과 함께 발전하고 있는 전자제품을 포함하는 전반적인 제조업 분야에서 초정밀 제어를 요하는 너트 체결기가 요구되고 있고 너트 체결시의 중요한 성능 요소는 체결력 부족에 의한 풀림과 과도한 체결에 의한 파손 및 강한 진동이나 외부 충격에 강건한 체결력 유지 등 조립 품질의 유지와 향상 및 제품 수명 보장을 위해 정확한 조임 토크, 각도 등이 요구된다. 현재 너트런너라는 제품명으로 판매되는 너트 체결기는 고토크 및 정밀토크제어, 정밀 각도제어 그리고 생산량 증대를 위한 고속운전 등의 특성들이 필요하며 고출력이 가능한 BLDC모터 및 너트체결기 전용의 정교한 토크제어에 필요한 고정밀 토크제어드라이버와 고속, 저속, 고응답의 정밀 속도 제어시스템의 개발이 요청되고 있으나 현재 고객이 요구하는 고정밀, 고토크 및 고속 작업특성을 만족시키지 못하고 있다. 따라서 본 논문에서는 정확한 체결 토크 및 고속 회전에서도 저진동 및 저소음을 구현할 수 있는 d축, q축의 좌표변환에 의한 벡터제어와 토크제어기반의 BLDC모터 가변속 제어와 너트런너의 제어 기술을 제안하고 여러 실험을 통해 성능 결과를 분석하여 제안한 제어가 너트런너 성능을 만족하는지를 확인 하였다. 또한 일단 운전 체결 방식(One Stage 운전 체결 방식)으로 패턴을 프로그램하여 10,000[rpm] 고속 운전 후 목표 토크로 정확히 체결됨을 확인하였으며 토크 리플에 의한 가체결 토크 검출의 문제점도 외란관측기을 사용하여 해결하였고 실험을 통해 검증하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.732-733
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• 2015

본 논문에서는 외전형 영구자석 동기전동기(Outer rotor Permanent Magnet Synchronous Motor)의 회전자 형상에 따른 토크특성을 비교하였다. 표면부착형 영구자석(SPM) 형태의 FAN용 PMSM을 설계하고 이 모델을 기준으로 동일한 외경사이즈를 갖지만 더 높은 토크 밀도를 갖는 4가지 매입형 영구자석(IPM) 형태의 PMSM을 제시한다. Finite Element Analysis(FEM)을 통하여 각 모델의 특성을 해석하고 자석 사용량과 토크를 비교 및 분석하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 B
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• pp.749-750
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• 2006

대용량 BLDC 모터의 진동과 소음의 원인은 영구자석과 슬롯형상에 의한 코깅토크와 전류 파형에 의한 고주파이다. 특히 대용량 BLDC의 경우 코깅토크에 의한 진동 및 소음의 영향이 상대적으로 큰 값을 가지게 되며, 본 연구는 5MW급 연구자석형 전동기에서 코깅토크 발생원인 중 하나인 영구자석의 형상을 최적화하기 위하여 RSM(Response Surface Method)과 민감도기법을 적용하여 코깅토크 저감을 위한 연구를 하였다. FEM에 의해서 자속밀도분포와 토크를 계산하고, 1개의 목적함수와 3개의 설계변수를 설정하여 최적화 하였다. FEM과 최적화기법(RSM+민감도기법)을 결합하여 영구자석의 형상을 최적화한 결과 코깅토크의 ripple이 최대 20%정도로 감소되었으며, 목적함수와 설계변수의 개수에 따라 더욱 개선될 수 있다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2009년도 춘계학술대회 논문집 에너지변화시스템부문
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• pp.9-11
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• 2009

자동차 EPS(Electric Power Steering)용 소용량 표면부착형 영구자석 동기전동기(SPMSM : Surface mounted Permanent Magnet Synchronous Motor)의 설계에는 주로 토크리플 및 코깅토크 저감이 설계목표로 결정되는데, 토크리플과 코깅토크는 치폭, 요크폭, 자석 극호각 등 전동기 형상에 영향을 많이 받는다. 특히, 자석 극호각에 따라 변동이 극심한데, 이는 출력특성이 공극 자속밀도 변화량에 크게 의존하기 때문이다. 한편, 일반적으로 토크리플과 코깅토크의 최소점은 각각 다르기 때문에, 소용량 SPMSM 설계시 큰 어려움으로 작용한다. 따라서 본 논문은 이러한 현상을 효과적으로 고려한 소용량 SPMSM 최적설계를 목적으로 하며, 600W급 고전압 EPS용 전동기 설계를 통해 연구의 타당성을 검증한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.858-859
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• 2011

고성능과 고효율 전동기인 매입형 영구자석 동기기에 사용되고 있는 희토류계 영구자석은 높은 가격과 수급 문제로 인해 최근 이슈화 되고 있다. 희토류계 영구자석을 대체하여 페라이트 영구자석을 적용할 수 있지만 낮은 잔류자속밀도로 인해 고출력을 얻을 수 없다는 문제점이 있다. 그러나 최근 높은 잔류자속밀도를 가진 고밀도화 페라이트 자석이 출시되면서 이를 적용한 매입형 영구자석 동기기의 특성을 해석할 필요성을 가지게 되었다. 본 논문에서는 고밀도화 페라이트 자석을 이용한 매입형 영구자석 동기기의 특성 해석을 하였다. 특히 영구자석의 재질 변경으로 인해 동기기의 토크와 토크 리플의 변화를 비교하고 코깅 토크에 의한 변화도 비교하였다. 또한 매입형 회전자내에 영구자석의 형상을 1층 및 3층으로 적용하여 구조에 따른 해석을 통해 특성을 비교함으로서 고밀도화 페라이트 자석의 효율적인 적용을 얻기 위한 회전자 구조를 선택하고자 한다. 또한 이를 통해 고밀도화 페라이트 자석의 적용 가능성을 예측하고자 한다.