전기차, 전기모터] 영구자석형 동기전동기 (원리, 장단점, 사용 예)

 

- 영구자석형 동기전동기 #전기모터 #전기차 모터

- 영구자석형 동기전동기 원리 & 구조적 개선

- 영구자석형 동기전동기 장단점

- 영구자석형 동기전동기 사용 예 #전기모터 #전기차 모터

 

 

 영구자석형 동기전동기 (권선자계형 / 유도전동기 비교)

 

 

2022.06.20 - [정리, 공부/자동차, 친환경차] - 동기전동기, 권선계자형 동기전동기 (원리, 장단점) #전기모터 #전기차 모터

동기전동기, 권선계자형 동기전동기 (원리, 장단점) #전기모터 #전기차 모터

 

 

교류 전기모터의에 큰 갈래는

동기전동기와 유도전동기가 있고

동기전동기는 전자기/전류자계의 인력/척력과 인버터/컨트롤러를 사용한 회전자계의 형성으로

고정자의 회전자계와 회전자가 같은 속도로 돌아가는 모터를 말하며

유도전동기는 유도기전력의 영향으로 돌아가는 회전하는 모터로, 회전자가 고정자의 회전자계 보다 느리게 돌아간다.

 

 

 

동기전동기에는 권선계자형 동기전동기와 영구자석형 동기전동기가 있으며

영구자석형 동기전동기는

회전자에 영구자석을 삽입함으로써 설계 구조가 간단하다(브러쉬, 권선 불필요)

회전자의 영구자석 <--> 고정자의 권선에 의한 자계 (N/S 극)

이 둘 간의 인력과 척력을 통해 회전력을 얻어 회전한다.

 

 

논문: Characteristic Analysis and Test of IPMSM for e-4WD of the Hybrid Electric Vehicle

 

 

 

//동기전동기의 회전속도에는 한계가 있고, 유도전동기에는 한계가 덜하다는 말을 들었다.

 

 

자석 와류손: 고성능 자석(Nd 자석) ~ 도전율 높아, 와류손이 발생하여 추가적인 손실 발생

영구자석형 동기전동기는 계자자속이 일정 -> 고속 구동하면 -> 전동기 역기전력

 

 

 

 

 -> 빨리돌수록 역기전력이 커진다 -> 고속으로 구동할 시, 입력전압 보다 역기전력이 커지고 전동기로 동작할 수 없다.(불가능)

입력전압이 역기전력 보다 커야, 입력전압에서 전동기로 전류가 들어와 전동기가 동작하는데

이를 방지하기 위해 약자속 제어를 한다. = 고정자 전기자 전류의 크기와 위상을 통해, 영구자석의 자속량을 저감하여, 영구자석형 동기전동기의 역기전력을 줄이는 제어기법

 

 

 

 영구자석형 동기전동기 원리 & 구조적 개선

 

 

 

영구자석계자형 동기전동기의 힘 발생원리

= 회전자에 위치한 영구자석과 고정자 전기자 전류에 의한 전자석 사이의 자기적인 인력과 척력

 

 

FA저널

 

 

구조적 개선

 

 

 

치 + 슈 -> 자기적인 공극을 가능한한 작게 유지하기 위한 형상

(치와 슈는 고정자, 철 물질로 자기장이 흐르기 좋은 물질, 그렇기에 치와 슈는 최대한 자기장이 잘 흐를 수 있게 길을 만들어주는 구조라고 보면 되고, 이로인해 자기적인 공극을 줄이는 것)

몇몇 영구자석형에는 슈를 제거(자기적 공극이 일부 늘어나더라도)하더라도 코일을 밀어넣음으로써 코일 점적률 개선 이익

 

 

 

 

 

스큐 -> 코깅 토크 줄여 + 토크 리플 줄여

2022.04.22 - [정리, 공부/기계공학 & 시스템설계] - 전기모터, 전동기] 토크리플 발생원인/종류(코깅토크, 시간)/제거

전기모터, 전동기] 토크리플 발생원인/종류(코깅토크, 시간)/제거

 

 

 영구자석형 동기전동기 장단점

 

 

 

영구자석형 동기전동기의 장단점

 

장점:

• 고성능의 영구자석을 사용하여 효율과 출력밀도가 기타의 전동기 보다 우수
• 효율과 출력 밀도가 우수
• 회전자 구조가 매우 간단
• 계자 자속 발생을 위한 회전자의 전기적인 연결이 불필요 – 매우 높은 효율

 

 

motortrend

 

 

 

단점:

• 회전자에 위치한 영구자석이 회전 원심력에 의해 비산될 가능성이 있고, 자석에서 발생하는 계자자속의 크기를 조절하기 어려움
• 자석이 비산될 가능성 -> 방지 위해 자석매입형 사용
• 계자자속의 양 조절 어려움 -> 약자속제어 필요(고정자의 전자자계로)
• 영구자석의 감자 위험 -> 신뢰성 문제 -> 제일 좋은 영구자석을 사용해 감자 위험성을 낮춤
• 희토류 계열의 Nd-Fe-B계 영구자석을 사용 ~ (특히 중국이) 희토류를 둘러싼 자원전쟁으로 탈희토류를 위한 여러 전동기 개발 -> 유도전동기가 하나의 대안(영구자석 사용 안 해)
• 감자(자성의 감자)로 인한 신뢰성 문제가 존재 -> 유도전동기는 자석이 없으므로 감자가 발생하지 않아

 

 

 

 

마치며

 

 

 

영구자석형 동기전동기 사용 예

친환경차의 전기모터에 주로 사용

 

 

논문:&nbsp;Characteristic Analysis and Test of IPMSM for e-4WD of the Hybrid Electric Vehicle

 

 

 

영구자석형 동기전동기가 사용된 자동차 전장 제품

자동차의 주행 동력 외 소형 동력 발생을 위해서 수명제한이 있는 직류전동기 대신 영구자석 계자형 동기전동기를 사용하기도

 

 

특징: 간헐적 동작이 아닌 연속적으로 장시간 사용되며 고성능에 대한 요구가 있는 제품군에 사용

오랜시간(자주) 사용되는 곳 + 신뢰성 중요 + 가격이 비싸더라도 써야하는 곳

= 엔진 냉각쿨링 팬, ISG motor (Idle Stop & Go motor) ~ 출발할 때 쓰는 모터로, 큰 힘이 필요하고 자주 사용

 

 

 

 

 

<-> 직류전동기의 사용 예와 비교

2022.06.14 - [정리, 공부/자동차, 친환경차] - 직류전동기(DC모터) 원리 + 장단점 + 자동차에서의 활용

직류전동기(DC모터) 원리 + 장단점 + 자동차에서의 활용