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용하 지
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파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 Design of In-Wheel Motor for Automobiles Using Parameter Map 저자 (Authors) 김해중, 이충성, 홍정표 Hae-Joong Kim, Choong-Sung Lee, Jung-Pyo Hong 출처 (Source) 한국자기학회지 25(3), 2015.

kr/article/node06362094 APA Style 김해중, 이충성, 홍정표 (2015). 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계. 한국자기학회지, 25(3), 92-100. 이용정보 (Accessed) 한양대학교 ( 서울 ) 166.104.168.

1 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 Design of In-Wheel Motor for Automobiles Using Parameter Map 저자 (Authors) 김해중, 이충성, 홍정표 Hae-Joong Kim, Choong-Sung Lee, Jung-Pyo Hong 출처 (Source) 한국자기학회지 25(3), , (9 pages) Journal of Korean Magnetics Society 25(3), , (9 pages) 발행처 (Publisher) 한국자기학회 The Korean Magnetics Society URL APA Style 김해중, 이충성, 홍정표 (2015). 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계. 한국자기학회지, 25(3), 이용정보 (Accessed) 한양대학교 ( 서울 ) /06/02 19:42 (KST) 저작권안내 DBpia 에서제공되는모든저작물의저작권은원저작자에게있으며, 누리미디어는각저작물의내용을보증하거나책임을지지않습니다. 이자료를원저작자와의협의없이무단게재할경우, 저작권법및관련법령에따라민, 형사상의책임을질수있습니다. Copyright Information The copyright of all works provided by DBpia belongs to the original author(s). Nurimedia is not responsible for contents of each work. Nor does it guarantee the contents. You might take civil and criminal liabilities according to copyright and other relevant laws if you publish the contents without consultation with the original author(s).

2 해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society 25(3), (2015) ISSN (Print) ISSN (Online) Design of In-Wheel Motor for Automobiles Using Parameter Map Hae-Joong Kim, Choong-Sung Lee, and Jung-Pyo Hong* Department of Automotive Engineering, Hanyang University, Seoul , Korea (Received 24 March 2015, Received in final form 21 May 2015, Accepted 21 May 2015) 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. Keywords : in-wheel, parameter map, design process, permanent magnet motor, synchronous motor, traction motor 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 김해중 이충성 홍정표 * 한양대학교미래자동차공학과, 서울시성동구행당동, (2015 년 3 월 24 일받음, 2015 년 5 월 21 일최종수정본받음, 2015 년 5 월 21 일게재확정 ) 전기자동차는구동방식에따라인휠 (in-wheel) 방식과인라인 (in-line) 방식으로구분될수있다. 인휠방식전기자동차는기존의자동차에서사용하였던변속기, 축, 차동기어등을제거할수있기때문에구조가간단해지고차체를경량화하여효율을증대시킬수있는장점이있다. 본논문에서는파라미터맵 (parameter map) 을이용한차량용인휠전동기의설계방법을제시하고, 연속정격 5kW급전동기를설계하여제작및성능검증을한다. 우선차량의요구성능을만족하는인휠전동기의용량을결정하기위해차량의총무게, 기어효율, 바퀴의등가반경, 등판각도등을고려한차량동특성해석을수행한다. 이것을통해전동기용량을결정하고, 전동기형상및치수를결정하기위한초기설계를진행한다. 그리고요구성능을만족하는전동기파라미터를결정하기위해파라미터맵을이용한파라미터설계를수행한다. 파라미터맵을통해전동기파라미터를결정한후마지막으로무부하역기전력의왜형율 (Total Harmonic Distortion, 이하 THD), 코깅토크 (cogging torque), 토크리플 (torque ripple) 등의개선을위해최적설계를수행한다. 최종설계모델에대해제작을하였으며, 성능검증및제시한설계방법의신뢰도검증을위해부하시험을진행한다. 주제어 : 인휠, 특성맵, 디자인프로세스, 영구자석전동기, 동기전동기, 견인전동기 I. 서론 오늘날석유자원의고갈과대기환경문제등으로인해전세계적으로전기자동차에대한개발이빠르게이루어지고있다. The Korean Magnetics Society. All rights reserved. *Corresponding author: Tel: , Fax: , hongjp@hanyang.ac.kr 특히최근에는전기자동차에사용되는인휠전동기에대한연구가활발히이루어지고있다 [1-4]. 전기자동차에사용되는인휠전동기시스템은구동전동기가자동차바퀴의휠안에장착되어있다 [5, 6]. 그로인해변속기, 축, 기어등을제거할수있어구조가간단해지고차체를경량화시킬수있으며에너지의효율을증대시키는장점이있다 [7-10]. 영구자석동기전동기 (Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 PMSM) 92

3 해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June 는영구자석의배치방법에따라표면부착형동기전동기 (Surface-mounted Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 SPMSM) 와매입자석형동기전동기 (Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM) 으로나눌수있다. IPMSM은영구자석을회전자철심의내부에삽입한영구자석동기전동기이다. 차량용인휠전동기의설계를위해본논문에서선택한전동기구조는 IPMSM이다. IPMSM은고출력, 고효율전동기로서사이즈의제약이큰자동차분야에서많이사용되는핵심구동원이며그중요도가점점더높아지고있다 [11, 12]. 본논문에서는우선차량의요구성능을만족시키기위해차량동특성시뮬레이션을수행하여전동기의사양을결정한다. 결정된사양을만족시키기위한초기설계를진행하고, 전동기파라미터설계를수행한다. 요구사양을만족하는전동기형상에대해최적설계를수행한다. 최종모델에대해전동기를제작하고부하시험을통하여설계방법의신뢰성확인및전동기성능을평가하였다. II. 차량동특성이론 Fig. 1은차량이비탈길을올라갈때작용하는모든힘을나타내었다. 여기서 F a 는공기저항력, F r 는구름마찰력, F g 는중력에의한항력그리고 F t 는견인전동기에의한구동력이다. 즉, 차량의구동력이공기저항력, 구름마찰력그리고중력에의한항력보다클경우차량은구동력방향으로진행하게된다. 식 (1), (2), (3) 은차량이운전시발생하는힘을나타낸다. F a = f a (v s ) 2 (1) F r = f r m s g (2) F g =m s g sinα (3) 여기서, f r 은구름마찰력계수, m s 는차량의총질량, g는중력가속도, f a 는공기저항력계수, v s 는차량의속도이다. 구름마찰력은짐과사람의무게를포함한차량의무게에의해서결정되고공기저항력은차량의속도그리고중력에의한항력은경사의기울기와무게에의해서결정된다. 따라서 Fig. 1. Forces acting on the vehicle. 뉴턴의제2법칙에의해서운전시필요한구동력은식 (4) 와같이나타낼수있다. dv s F t F r F a F g = m s dt 그리고전동기의속도와토크곡선에따라동작성능을변환하기위해서식 (5), (6) 변환식이필요하다. 식 (5) 는운동방정식에서사용되는차량의속도와전동기의분당회전수의관계를나타낸다. 식 (6) 은차량운전시필요한힘을토크로표현한식이다. V s = 60N m πd 1000 F t = T m D/2 여기서 N m 은전동기의분당회전수이고, D는전동기의회전자직경, T m 은전동기토크이다. 마지막으로식 (7) 을이용하여필요한출력을계산할수있다. 2πN m P out = F t V s = T m 실제로는위의식들에기어효율 η t 및기어비 λ 등추가적인사항을고려해야한다. 힘-토크변환식과차량의속도-전동기의회전수변환식을 (8), (9) 같이수정하였다. V s = 60N m πdλ 1000 F t = ληt m D/2 III. 전동기설계프로세스 Fig. 2는본논문에서사용하고있는동기전동기의설계프로세스를나타낸다. 초기설계에서는대상전동기의냉각방식에따라회전자부피당토크 (Torque per unit Rotor Volume, 이하 TRV) 값을적용하여회전자의부피를계산하고그에따라적층길이및회전자의지름이결정된다. 등가자기회로 (Equivalent Magnetic Circuit, 이하 EMC) 를통해극호각 (pole arc), 영구자석폭, 슬롯오픈폭등을결정한다. 전동기파라미터설계에서는인덕턴스와무부하역기전력변화에따른특성해석결과를등가회로해석을통해확인함으로써요구되는출력을만족시키고효율을극대화하는파라미터를얻는다. 최적설계에서는실험계획법 (Design Of Experiment, DOE) 기법을이용하여무부하역기전력, 손실, 코깅토크등에 (4) (5) (6) (7) (8) (9)

94 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 김해중 이충성 홍정표 Fig. 3. (Color online) Vector diagram and induced voltage waveform for determining the inductance. 요한시간과노력이 FEA에비해현저히적다.

4 94 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 김해중 이충성 홍정표 Fig. 3. (Color online) Vector diagram and induced voltage waveform for determining the inductance. 요한시간과노력이 FEA에비해현저히적다. 그러나철심의자기포화현상을무시하기때문에해석의정밀도는 FEA에비해다소떨어지게되므로세부설계를수행한다. Fig. 2. Motor design process. 대해영향도가높은파라미터를얻어낸다. 그리고설계변수의변화에따른시스템의응답특성을예측할수있는반응표면법 (Response Surface Method, 이하 RSM) 를이용하여최적설계안을도출한다. 1. 전동기초기형상설계전동기의초기설계는다음과같은과정을거친다. 첫째, TRV를이용하여회전자사이즈를결정한다. 전동기의초기형상설계시회전자의크기는 TRV를이용한다. 전동기에서 TRV는아래식과같이나타낸다. 2. FEA를이용한회로정수산정및손실해석영구자석동기전동기의특성해석에서정확한인덕턴스의산정은필수적이며전기자권선에쇄교하는자속을이용하는방법이사용되고있다. 이방법은고정자권선의 U상에무부하시쇄교자속과부하전류가흐를때쇄교자속의위상차를이용하여구하는방법이다. Fig. 3(a) 는 U상에대한쇄교자속의벡터도를나타내었으며, Fig. 3(b) 에는 U상의부하시와무부하시유기전압파형을비교하여나타내었다. 전기자반작용에의해부하시와무부하시유기전압은위상차를갖는데, 이때두 T TRV = [ knm/m 3 ] π --D 2 L 4 stk (10) 여기서, D는전동기의회전자직경, L stk 는적층길이, T는부하토크이다. 둘째, EMC를이용하여초기설계를진행한다. 전동기의초기설계시설계변수 ( 극수, 슬롯수, 공극길이등 ) 에따라효율, 코깅토크및토크리플과같은전동기의특성이바뀐다. 이러한전동기특성의예측에는일반적으로유한요소해석 (Finite Element Analysis, 이하 FEA) 이사용되지만 FEA는전처리, 해석, 후처리과정을필요로하며이러한과정은복잡하고많은시간과노력을필요로한다. 전동기의초기설계를효율적으로수행하기위해 FEA에비해해석의정밀도는다소떨어지지만, 전동기의설계변수에따른특성을아주짧은시간내에얻을수있는해석적방법인 EMC 해석법을초기설계에적용한다. EMC 해석법은전동기특성해석에필 Fig. 4. (Color online) Iron loss analysis process using FEA.

해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June 2015 95 Fig. 5. (Color online) Parameter map (E-L map). 유기전압파형의위상차를나타내는 α를구하여제시한벡도터를이용해 d-q축인덕턴스를구할수있다.

5 해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June Fig. 5. (Color online) Parameter map (E-L map). 유기전압파형의위상차를나타내는 α를구하여제시한벡도터를이용해 d-q축인덕턴스를구할수있다. 전동기구동시 FEA을통하여각요소에서의자속밀도분포에대하여고조파분석을수행하여각고조파성분에따른자속밀도를산출한다. 그리고각주파수성분별자속밀도의크기를바탕으로주파수별철손데이터를이용하여각요소의철손을구한후, 각요소에서구한철손을합하여전동기의전체철손을계산하여전동기특성해석에반영하였다. 이방법은히스테리시스및와전류손실을포함하는철손데이터를이용하므로, 각손실계수를분리하여사용하지않는다. Fig. 4는 FEA를이용하여철손을산정하는과정을나타내었다. 3. Parametric Design 무부하쇄교자속과인덕턴스는전동기의출력특성을좌우하는가장중요한파라미터로 PMSM의설계에서가장선행되어결정된다. 파라미터맵을이용한설계는넓은범위의파라미터 ( 무부하쇄교자속, 인덕턴스 ) 에대해다양한출력특성을확인할수있다. 그래서요구사양을만족시키기위한전동기의회로정수를합리적이고효과적으로얻을수있게한다. E-L map은 d-q축등가회로를이용하여무부하쇄교자속과 d축인덕턴스에따른출력을나타낸다. Fig. 5에 E-L map을이용한파라미터설계의적용예를나타내었다. Fig. 5의 (a), (b) 는 d축인덕턴스와무부하쇄교자속변화에따른선간전압 (a), 효율 (b) 을나타낸다. IV. 차량용인휠전동기설계 Table I. Vehicle dynamic simulation condition. Parameter Value Total mass of vehicle [kg] 900 Gear ratio 6 Gear efficiency [%] 80 Frontal area [m 2 ] 2 Effective radius of tire [m] Aerodynamic drag coefficient 0.35 Slope ratio [%] 0, 25 Air density [kg/m 3 ] 생하는회전부하, 속도를가지고진행함에따라공기저항으로받게되는공기항력부하, 그리고경사도를가질경우중력에의해발생하게되는경사도부하를들수있다. 최대요구추력을계산하기위해서는만승시차량의중량과가속도, 마찰저항, 공기저항, 경사등을고려해야한다. 그리고이러한저항을계산하기위해서는계수혹은물성치와같은조건이필요하다. 차량동특성시뮬레이션을수행하기위한조건은다음과같다. Fig. 6은경사율이 0% 인경우의차량동특성시뮬레이션결과를보여주고있다. 전동기최대속도 4580 rpm에서차량속도 74.5 km/h이고목표속도 60 km/h 이상달성하였다. 이때전동기속도는 5500 rpm이고, 그림에서와같이견인력 (traction force) 과항력 (drag force) 이교차한다. Fig. 7은경사율이 25 % 인경우의차량동특성시뮬레이션결과이다. 경사로정지출발후 50 m에서주행탈출속도는 16.7 km/h이다. 이때전동기속도 1025 rpm이고, 견인력과항력이교차한다. 1. 차량동특성시뮬레이션본논문에서는전동기설계에앞에전동기요구사양의타당성을확인하기위하여차량동특성시뮬레이션을실시하였다. 차량부하는크게도로와바퀴사이의마찰력에의해발 2. 전동기초기설계전동기의구조는 16극 24슬롯집중권 IPMSM이며, 최대전류에대해전류밀도가 15A rms/mm 2 이하가되도록설계하였다. 회전자의크기를결정하기위해본논문에서일반적인

6 96 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 김해중 이충성 홍정표 Fig. 6. (Color online) Dynamic simulation result (slope ratio 0 %). Fig. 7. (Color online) Dynamic simulation result (slope ratio 25 %). 하이브리드전기차용견인전동기에적용하는 TRV 값을사용한다. TRV를이용하여회전자체적을계산하였다. 적층길이를고려하여최종회전자의외경은 155 mm로결정하였다. 기저속도에서전동기는최대토크를발생하고, 입력전류는최대가된다. 이때의출력과입력전류값을이용하여필요한무부하역기전력을대략적으로계산할수있다. 다음단계에서 EMC를사용하여단일코일당무부하역기전력을평가하고필요한무부하역기전력의값을얻기위해서코일턴수를결정한다. EMC 해석에서코어의투자율을무한대로가정하기 Fig. 8. Stator and rotor of the initial model. 때문에공극의자기저항만고려하여선형해석을한다. Fig. 8 은정격출력 5kW, 최대토크 75 Nm의초기모델로설계된인휠전동기회전자와고정자의형상을나타낸다. 초기모델을바탕으로 E-L map를산정하였다. 선간전압은변조율 (Modulation ratio) 85 %(43.3 Vrms) 를고려하였으므로추가마진을고려하지않았다. 최대토크운전영역에서포화를고려하여입력전류는최대전류 (170 Arms) 에서 10 %~ 20 % 마진을고려하였으며, 연속정격에서입력전류가작은영역을목표파라미터로선택하였다. Fig. 9는초기모델에대한효율및선간전압 E-L map 보여주고있다. 선간전압은 40~43 Vrms 범위에서선택되었으며, 논문에는언급되어있지않지만최대전류는마진을고려하여 160~ 170 Arms 범위에서선택되었다. 범위선정후목표인덕턴스를만족시키기위한권선수를결정하였다. 회전자사이즈내에서일자형영구자석은목표쇄교자속량을만족시키지못하므로영구자석형상은 V타입으로결정하였다. 전압제한으로인해권선수증가를통한쇄교자속량확보는제한을받는다. 설계된모델에대해 FEA를이용하여등가회로특성해석을

해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June 2015 97 Fig. 11. (Color online) Analysis result of RSM. Fig. 9. (Color online) E-L map for efficiency and voltage at each speed. Fig. 12.

7 해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June Fig. 11. (Color online) Analysis result of RSM. Fig. 9. (Color online) E-L map for efficiency and voltage at each speed. Fig. 12. Stator and rotor of the optimal design. (chamfer), 극호각으로 설정하였다. 무부하역기전력 THD, 코 깅토크, 토크리플 저감을 위하여 챔퍼와 극호각를 변형시킨 결과 무부하역기전력 THD와 코깅토크는 챔퍼에 큰 영향을 받으며, 토크리플은 극호각에 큰 영향을 받는다. 무부하역기 전력을 만족하면서 무부하역기전력 THD, 코깅토크 및 토크 리플이 최소가 되는 적절한 지점을 결정하였다. E-L map를 Fig. 10. (Color online) Optimal design factors. 통하여 얻어진 목표 파라미터를 만족하고, 최적설계를 수행한 최종모델의 형상 및 치수는 Fig. 12과 같다. 설계된 모델에 대해 등가회로 특성해석을 위해 전동기 파 위한 전동기 파라미터를 산정하고, 산정된 파라미터를 이용하 라미터를 산정하였다. 파라미터는 FEA를 이용하여 산정되었 여 전동기 등가회로 특성해석을 수행하였다. 특성해석을 통하 다. Fig. 13은 FEA를 이용하여 산정된 전동기 무부하역기전 여 전동기 요구사항을 만족함을 확인한 후 무부하역기전력 력 및 인덕턴스를 보여준다. THD, 코깅토크, 토크리플에 대한 최적설계를 진행하였다. 최 적설계에는 반응표면론법(RSM: Response Surface Method) 무부하역기전력는 초기모델과 비교하여 2.2 % 감소하였지 만 무부하역기전력 THD는 25.9 % 개선되었다. 산정된 파라미터를 이용하여 전동기 등가회로 특성해석을 수 이 적용되었다. 목적함수로는 무부하역기전력 THD, 코깅토크, 토크리플을 행하였다. 최종모델(최적설계모델)에 대해 전동기 특성해석을 설정하고, 설계변수로는 Fig. 10, 11에 나타낸바와 같이 챔퍼 수행한 결과 요구 출력 및 전압, 전류 제한을 모두 만족하였다. 한양대학교(서울) IP: Accessed 2016/06/02 19:42(KST)

8 98 파라미터 맵을 이용한 차량용 인휠 전동기의 설계 김해중 이충성 홍정표 Fig. 13. (Color online) 무부하역기전력 and inductance of optimal model. Table II. Result of characteristic analysis for the motor at different speeds. Fig. 16은 최종 설계 모델의 속도와 토크에 따른 효율 맵 을 보여주고 있다. 저속 고 토크 영역으로 갈수록 효율이 감 속도 [rpm] 토크 [Nm] 출력 [W] 전류 [Arms] 선간전압 [Vrms] 효율 [%] 소하는데 이것은 동손증가의 원인이다. 또한 고속 저 토크 영 다. 인휠 전동기의 효율을 높이기 위해서는 속도 및 토크가 Fig. 14, 15는 운전속도범의 500 rpm에서 4600 rpm까지의 역으로 갈수록 효율이 감소하는데 이것은 철손증가의 원인이 높지 않은 영역에서 주 운전 영역을 설정해야 한다. V. 제작전동기의 성능평가 최대정격과 연속정격에 대한 전동기 부하토크, 선간전압, 입 력전류, 효율 등의 특성곡선을 보여준다. 설계된 전동기를 제작하여 무부하시험과 부하시험을 통해 Fig. 14. (Color online) Characteristic curve (continuous rating). 한양대학교(서울) IP: Accessed 2016/06/02 19:42(KST)

해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June 2015 99 Fig. 15. (Color online) Characteristic curve (maximum rating). 시험을 통해 최대정격 운전 및 연속정격 운전 시 토크, 출력, 효율, 전압, 전류 등의 전동기 특성을 시험하였다.

무부하 시험에서 레졸버 신호의 위치가 전동기 d, q축에 정 확히 위치함을 확인한 후에 무부하무부하역기전력과 인버터 신호의 세팅이 필요하다. 무부하무부하역기전력과 인버터 위 치 신호가 맞지 않은 상황에서 전동기를 제어 할 경우 정확 한 전류 위상각 제어가 어려워진다. Table III은 제작전동기의 각 속도에 대한 부하시험 결과를 보여준다.

9 해설논문 Journal of the Korean Magnetics Society Vol. 25, No. 3, June Fig. 15. (Color online) Characteristic curve (maximum rating). 시험을 통해 최대정격 운전 및 연속정격 운전 시 토크, 출력, 효율, 전압, 전류 등의 전동기 특성을 시험하였다. Fig. 17은 제작된 전동기 및 부하시험 시험 구성을 보여주고 있다. 무부하 무부하역기전력 시험 시 레졸버(resolver)의 위치센 서 신호 측정이 필요하다. 측정된 위치센서 신호는 인버터 구 동 시 입력 전류의 위상각에 적용된다. 부하시험 시에는 인 버터의 위상과 레졸버 신호의 위상을 맞추는 것이 중요하다. 무부하 시험에서 레졸버 신호의 위치가 전동기 d, q축에 정 확히 위치함을 확인한 후에 무부하무부하역기전력과 인버터 신호의 세팅이 필요하다. 무부하무부하역기전력과 인버터 위 치 신호가 맞지 않은 상황에서 전동기를 제어 할 경우 정확 한 전류 위상각 제어가 어려워진다. Table III은 제작전동기의 각 속도에 대한 부하시험 결과를 보여준다. 표에서 알 수 있듯이 850 rpm에서의 효율을 제외 Fig. 16. (Color online) Efficiency map. 하고는 해석결과와 설험결과가 큰 오차를 보이지 않음을 알 성능평가를 수행하였다. 무부하시험을 통해 전동기의 파라미 수 있다. 850 rpm에서의 효율오차 원인은 추가 분석이 필요 터인 권선저항과 상무부하역기전력을 측정하였다. 또한 부하 하다. Fig. 17. (Color online) Test setup for load test. 한양대학교(서울) IP: Accessed 2016/06/02 19:42(KST)

10 100 파라미터맵을이용한차량용인휠전동기의설계 김해중 이충성 홍정표 Table III. Comparison of load test and FEA results 속도 [rpm] 토크 [Nm] VI. 결 전류 [Arms] 본논문에서는파라미터맵을이용한 5kW급차량용인휠구동시스템전동기설계방법을제시하고, 설계를진행하다. 저속에서큰토크와넓은속도영역을확보하기위하여신뢰성이뛰어난 IPMSM으로전동기타입을결정하였다. 초기설계모델은낮은입력전류사양으로인해요구사양을만족하는전동기파라미터범위는매우제한적이었다. 전압및전류사양을만족하기위해각속도에서파라미터맵을사용하여무부하역기전력및인덕턴스를결정하였다. 결정된파라미터를만족시키기위해초기모델의형상및치수를변경하고, 변경된모델에대해 FEA를이용하여등가회로특성해석을위한전동기파라미터를산정하였다. 산정된파라미터를이용하여전동기등가회로특성해석을수행하였다. 특성해석을통하여전동기요구사항을만족함을확인한후무부하역기전력 THD, 코깅토크, 토크리플에대한최적설계를진행하였다. 제시한설계방법의신뢰성검증및제작 론 선간전압 [Vrms] 효율 [%] 해석치 실험치 해석치 실험치 해석치 실험치 된전동기의성능확인을위해부하시험을실시하였다. 부하시험결과는대부분의해석결과와큰오차를보이지않았지만, 850 rpm에서효율오차가크게발생하였다. 850 rpm 에서의효율오차원인은추가분석이필요하다. References [1] Y. Luo and D. Tan, IEEE Trans. Veh. Technol. 61, 3510 (2012). [2] K. Kamiya, J. Okuse, and K. Ooishi, Electric Vehicle Symp., Berlin, Germany (2001). [3] F. Tahami, R. Kazemi, and S. Farhanghi, IEEE Trans. Veh. Technol. 52, 683 (2003). [4] E. Esmailzadeh, G. R. Vossoughi, and A. Goodarzi, Vehicle Syst. Dyn. 35, 163 (2001). [5] S.-Y. Yun and J. Lee, Trans. KIEE 62, 750 (2013). [6] K.-I. Jeong, D.-H. Lee, and J.-W. Ahn, Trans. KIEE 61, 567 (2012). [7] U.-S. Chong, B.-J. Jeon, S.-K. Sul, and J.-H. Jung, KIEE 172 (1994). [8] S.-M. Lee, Y.-M. Jeong, W.-Y. Sung, O.-J. Kim, and B.-K. Lee, KIEE 348 (2012). [9] A. Watts, A. Vallance, A. Whitehead, C. Hilton, and A. Fraser, SAE Int. J. Passeng. Cars - Electron. Electr. Syst. 3, 37 (2010). [10] K.-J. Tseng and G. H. Chen, IEEE Trans. Power Electron. 12, 517 (1997). [11] S.-J. Lee and J.-P. Hong, Trans. KIEE 62, 1403 (2013). [12] L. Fang, D.-J. Kim, and J.-P. Hong, Trans. KIEE 60, 759 (2011).

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DBPIA-NURIMEDIA 전동조향장치용브러쉬리스영구자석전동기의스테이터스큐설계 Design of Brushless Permanent Machine with Skewed Stator for Electrical Power Steering System 저자 (Authors) 이충성, 정경태, 홍정표, 김해중, 김영균 Choong-Sung Lee, Kyung-Tae Jung, Jung-Pyo