전기자동차 구동용 전동기는 고토크/고파워 밀도, 고효율, 넓은 구동속도 범위의 특징을 가져야 한다. 영구자석 매입형 동기전동기는 이러한 특성에 가장 부합하는 전동기 형태로서 전기자동차 구동용 전동기로 각광받고 있다. 하지만 강한 자속밀도를 얻기 위하여 희토류 영구자석을 사용해야 하고, 이는 생산단가의 절감문제, 고온에서의 비가역적 감자문제, 인버터 결함 시의 안전성 문제 등의 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제들을 극복하기 위하여 전기자동차 구동용 유도전동기 설계를 제안한다. 유도전동기가 가지는 장점들과 함께 설계 시 고려해야 할 내용들을 제시한다.
본 논문에서는 BLDC 모터로 구동되는 오일 펌프 제어 시스템을 설계하고 구현하는 문제를 다룬다. 제안된 오일 펌프는 하이브리드 차량에 장착되어 엔진 클러치와 변속기에 충분한 양의 작동유를 공급하는 역할을 한다. BLCD 모터로 구동되는 제어기를 단순화하여 전원 전압을 PWM 방식으로 직접 제어하는 일반적인 방법을 사용함으로써 응답성 및 정확성을 향상시키는 것을 주목적으로 한다. 제안된 제어 기법은 오일 펌프 장치의 효율성과 신뢰성을 높인다. BLCD 모터의 회전과 오일 펌프 가동 실험을 실시하여 제안된 기법의 성능을 검증한다.
구형파 BLDC (Brushless DC) 전동기를 구동시키기 위해서는 전동기의 회전자 위치에 대한 정보를 아는 것이 필수적이다. 본 논문에서는 회전자 위치를 검출하기 위해 일반적으로 사용되는 홀센서나 엔코더를 이용하지 않고 각상을 저항으로 Y결선하여 만들어지는 단자의 전압에 포함되어 있는 역기전력을 클램프 회로를 통한 필터회로를 이용하여 전동기의 회전자 위치를 검출하는 구형파 BLDC 전동기를 위한 센서리스 드라이브 시스템을 제안한다. 특히 본 논문에서 제안한 새로운 역기전력 증폭 제한 회로를 통한 필터회로를 구성하여 저속영역에서 센서리스를 특성을 개선하였다. 그리고 이를 실제로 100[W]급 BLDC 구동용 프로토 타입 드라이브를 제작하여 제안된 역기전력 증폭 제한 회로의 타당성 검증하였다.
본 논문은 교류전류 센서, 전압센서 및 엔코더를 포함한 PWM인버터-유도전동기 구동장치 전체를 네트워크로 제어하는 시스템을 구현한다. 네트워크 기반 유도전동기제어는 공장자동화에 중요한 이슈로 되고 있으나, 센서와 제어기 사이에 센서데이터의 통신기연에 의해 전동기 구동시스템의 안정성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서 동기신호 및 센서데이터의 예측기법을 사용하여 네트워크에 의한 센서데이터의 시간지연을 최소화시키는 기법을 제시한다. DSP를 사용한 실험을 통하여 제시한 기법의 타당성을 확인한다.
본 연구에서는 와전류를 생성하는 모터를 제어하여 구동하는 히터를 설계하였다. 모터는 와전류 히터의 회전체를 구동하는데, 자기장은 와전류 히터의 회전체와 고정체 사이의 공기간극에서 주어지며, 고정체에 대한 회전체의 운동은 와전류를 발생시키며 이것이 결국 열을 발생시키게 된다. 본 연구에서는 이 장치의 효율에 영향을 주는 요소들의 분석을 위해 8개와 16개의 자석으로 구성된 회전판을 이용하였다. 그 결과 자기장의 자극은 모터의 속도와 회전체를 구성하는 자석의 개수에 의해 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.
위성의 자세제어 구동기에 사용되는 직접구동 모터(BLDC Motor)의 영구자석 자속밀도 분포 불균일은 위성 토크 리플을 발생시켜 자세에 지대한 영향을 미친다. 본 논문은 이러한 토크 리플을 줄이기 위해 영구자석의 형상, 배치, 공극에 따른 자속밀도를 이론과 유한요소법 시뮬레이션을 통하여 분석하고 가장 적합한 자석 형상조합을 찾고자 한다. 사각형과 아치형, 단일 자석 배치와 듀얼자석 배치형상의 자속밀도 성능비교를 통해 최적의 자석 배치형상을 구하였으며, 이의 검증을 위해 시제품 모터(Protype Motor) 제작을 통하여 성능을 검증하였다.
최근에는 회전자에 희토류 영구자석을 삽입하여 높은 효율과 출력밀도를 얻을 수 있는 매입형 영구자석 (IPM: Interior Permanent Magnet) 전동기 또는 표면부착형 영구자석 (SPM : Surface Permanent Magnet) 전동기처럼 영구자석이 사용된 전동기의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 영구자석을 사용하기 때문에 릴럭턴스 전동기나 유도전동기와 비교해 효율이 높고 출력밀도가 높은 장점이 있으나 회전자에 영구자석을 삽입함으로써 고속운전 및 영구자석의 감자로 인한 신뢰성 감소, 희토류 금속의 원가 상승 등이 문제시되고 있다. 본 논문에서는 희토류 영구자석 전동기를 대체할 수 있는 미래기술 개발과, 희토류 저감형 전동기와 탈 희토류 전동기의 기술 선점을 요구하는 시대적 이슈(Issue)에 맞춰 영구자석이 필요 없는 스위치드 릴럭턴스 전동기 (Switched Reluvtance Motor, SRM)를 구동시키기 위한 구동 제어에 연구하고자 한다. PSIM 시뮬레이션 프로그램에서 제공하는 3상 SRM library를 이용하여 회전자 위치 정보 센서를 이용한 SRM의 구동 및 제어 시스템 모델링 (Modeling)을 연구하고자 한다.
본 논문에서는 견인 구동을 위한 스위치 릴럭턴스 전동기의 설계와 특성해석을 수행하였다. 이를 위하여 기계적 전기적으로 유효한 범위에서 각 파라미터의 값을 변경하면서 시뮬레이션 성능의 특성변화를 파악하였고 우수한 성능을 가지는 범위를 제시하였다. 제시된 범위를 바탕으로 설계파라미터를 조합하여 시작기를 설계하고 그 성능을 시뮬레이션 하였으며 시작기를 제작하여 실험하였다.
BLDC 전동기와 같은 영구자석 전동기는 토크 각에 따라 출력 토크의 변화가 크기 때문에 원활한 기동 특성을 얻기 위해서는 회전자의 초기 위치 정보가 필수적으로 요구된다. 본 논문에서는 냉장고용 왕복동 압축기의 구동을 위해 사용되는 BLDC 전동기의 센서리스 구동장치에서 원활한 기동 특성을 얻기 위한 새로운 기동 제어 방식을 제안한다. 제안된 방식은 전동기의 전류 응답 특성으로부터 파악된 회전자 위치 정보를 이용하여 BLDC 전동기를 기동하는 방식으로, 압축기의 기동 부하 변동에 강인한 기동 특성을 가진다. 실험을 통하여 제안된 방식의 효과를 입증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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