Two-Segment Inset Halbach 배열 자석을 적용한 영구자석 동기전동기의 토크 리플 저감 연구 = Torque Ripple Reduction in Permanent Magnet Synchronous Motors Using Two-Segment Inset Halbach Magnet Arrays

국문 초록 (Abstract)

최근 산업 전반에서 전동 구동 장치의 소형화 및 고출력화에 대 한 요구가 증가함에 따라, 고성능 영구자석형 동기 전동기의 수요 가 꾸준히 증가하고 있다. 기존의 표면부착형 영구자석 모터는 단 순한 구조로 제작이 용이하지만, 충분한 자속 밀도를 확보하기 어 려워 고출력화에 한계가 존재한다. 이러한 문제를 개선하는 방안 으로 Halbach array가 적용된 모터가 연구되어 왔다. 그러나 실제 제작에서는 이상적인 Halbach array를 구현하기 어려워 공극 자속 의 불균일성으로 인해 토크 리플이 증가하는 문제가 발생한다. 따 라서 본 연구에서는 제작성과 성능 간의 균형을 고려한 2-Segment Inset Halbach 배열 구조를 제안하였다. 제안된 구조의 성능을 검증하기 위해 유한요소법을 활용하여 설계 변수에 대한 민감도 분석을 통해 주요 변수를 도출하고, 주요 변수를 조합하여 최적화 분석을 수행하였다. 분석 결과, 제안된 구조는 고출력밀도, 저진동, 저소음 특성이 요구되는 응용 분야에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목 차 ii
• 표 목 차 iv
• 그림목차 v
• 제 1 장 서론
• 1.1. 연구 배경 1
• 제 2 장 Halbach array 적용 시 토크 리플 저감을 위한 연구 사례
• 및 개선 방안
• 2.1. 기존 연구의 문제점과 개선 방안 3
• 2.2. 토크 리플 발생 원인 분석 6
• 제 3 장 Halbach array 구성 및 자석 배열에 따른 성능 분석
• 3.1. Halbach array의 구성 8
• 3.2. Halbach array의 자화 벡터 수식화 10
• 3.3. Halbach array의 세그먼트 수 선정 16
• 3.4. 일반 자석 배열과 2-Segment Halbach array 비교 · 22
• 제 4 장 2-Segment Inset Halbach array 구조 설계 및 최적화 분석
• 4.1. 설계 변수에 따른 민감도 분석 26
• 4.1.1. Tmp의 영향 28
• 4.1.2. Tsp의 영향 30
• 4.1.3. θmp의 영향 32
• 4.2. 최적화 분석 34
• 4.3. 일반 자석 배열과 2-Segment Inset Halbach array의 성능
• 비교 분석 37
• 제 5 장 결론 41
• 참고문헌 43
• Abstract 50
• 감사의 글 51