표제지
국문초록
목차
제1장 서론 16
1.1. 연구 배경 16
1.2. 논문 구성 19
제2장 영구자석 전동기의 2차 및 3차원 자계 분석법 21
2.1. FRM 21
2.1.1. FRM의 개요 21
2.1.2. 기존 FRM의 한계 26
2.2. LTPMM의 2차원 자계 해석법 28
2.2.1. LTPMM의 공극 자속 분포 30
2.2.2. LTPMM의 개방 회로 필드 32
2.2.3. LTPMM의 전기자 반작용 필드 35
2.2.4. 자화 패턴 38
2.3. LPPMM의 3차원 자계 해석법 40
2.3.1. 보조 치를 고려한 공극 자속 분포 계산 42
2.3.2. 가상 공극 섹션 47
2.4. TLPMM의 자계 해석 49
2.5. AFPMM의 자계 해석 52
2.5.1. 기존의 Quasi 3-D 유한 요소 해석법 52
2.5.2. AFPMM의 전기자 반작용 필드 55
2.5.3. AFPMM의 개방 회로 필드 64
제3장 영구자석 전동기의 특성 계산법 71
3.1. 선형기의 특성 계산 71
3.1.1. LTPMM의 특성 계산 71
3.1.2. LPPMM의 특성 계산 78
3.1.3. TLPMM의 특성 계산 82
3.2. AFPMM의 특성 계산 87
제4장 영구자석 전동기의 최적 설계 93
4.1. 전자기 서스펜션용 LTPMM의 비교 분석 93
4.2. LPPMM의 보조 치 설계 101
4.3. 선형기의 영구자석 최적 스큐 길이 결정 102
4.3.1. 보조 치와 영구자석 최적 스큐각 102
4.3.2. 모듈 수와 영구자석의 최적 스큐각 105
4.3.3. 오버행 구조와 영구자석의 최적 스큐각 108
4.4. 최적화 알고리즘 116
제5장 시험용 전동기의 실험 결과 및 해석결과 검증 121
5.1. LTPMM 121
5.2. LPPMM 134
5.3. TLPMM 137
5.4. AFPMM 145
제6장 결론 및 향후 연구 계획 151
6.1. 결론 151
6.2. 향후 연구 계획 152
참고 문헌 154
Abstract 162
표 2.1. LTPMM의 설계 변수 29
표 2.2. 2차원 해석 면 사양 61
표 3.1. LPPMM의 설계 변수 79
표 3.2. LPPMM의 기본 모델 설계 변수 79
표 3.3. TLPMM의 설계 변수 86
표 3.4. TLPMM의 토크 별과 비교 89
표 4.1. LTPMM의 요구 사항 96
표 4.2. LTPMM의 동작 조건 96
표 4.3. 비교 분석 결과의 글로벌 피크 96
표 4.4. 서로다른 AL값에 따른 LPPMM의 특성 104
표 4.5. TLPMM의 동작 조건 113
표 5.1. LTPMM의 상세 사양 121
표 5.2. 재료 밀도 130
표 5.3. 재료 부피 130
표 5.4. 모터 상수 131
표 5.5. 자속 포화도에 따른 해석 결과 오차 132
표 5.6. LPPMM의 실험 모델 조건 135
표 5.7. TLPMM의 기본사양 137
표 5.8. AFPMM의 설계변수 150
표 5.9. 기존 Quasi 3-D 해석 결과와의 비교 150
그림 2.1. FRM의 개요 23
그림 2.2. 공극의 초기 위치 24
그림 2.3. 전기자 반작용 필드의 위상차 25
그림 2.4. 개방 회로 필드의 위상차 26
그림 2.5. 단부 효과 27
그림 2.6. LTPMM. (a)내부형 영구자석. (b)외부형 영구자석. 28
그림 2.7. LTPMM 설계 변수. (a)내부형 영구자석. (b)외부형 영구자석. 29
그림 2.8. LTPMM의 영구자석 자화패턴. (a)방사형 배열. (b)축방향 배열. (c)Halbach 배열. 30
그림 2.9. 외부형 LTPMM의 이동자 위치. (a)스트로크의 초기위치. (b) 중간위치 (3-슬롯피치 이동). (c)스트로크의 끝 위치 (6-슬롯피치 이동). 31
그림 2.10. 이동자의 위치에 따른 자속 분포. (a)스트로크의 초기위치. (b)중간위치. (c)스트로크의 끝 위치. 32
그림 2.11. 외부형 LTPMM의 개방 회로 필드. (a)초기위치. (b) 1/4 τs c) 1/2 τs. (d) τs. 34
그림 2.12. 내부형 LTPMM의 개방 회로 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 35
그림 2.13. 방사방향 배열의 자화패턴을 가지는 영구자석 LTPMM의 전기자 반작용 필드. (a)초기위치. (b) 1/4 τp (c) 1/2 τp. (d) τp. 37
그림 2.14. 축방향 배열의 자화패턴을 가지는 영구자석 LTPMM의 전기자 반작용 필드. (a)초기위치. (b) 1/4 τp (c) 1/2 τp. (d) τp. 38
그림 2.15. 보조치, 영구자석의 스큐 및 오버행 구조를 가지는 LPPMM. 41
그림 2.16. LPPMM의 전기자 반작용 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 43
그림 2.17. LPPMM의 개방 회로 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 45
그림 2.18. 보조치의 기준 자속 분포. (a) BAux.ref.1. (b) BAux.ref.2. (c) BAux.ref.[이미지참조] 47
그림 2.19. LPPMM에서의 가상 공극 섹션. 48
그림 2.20. TLPMM. 49
그림 2.21. TLPMM의 전기자 반작용 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 50
그림 2.22. TLPMM의 개방 회로 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 51
그림 2.23. TLPMM에서의 가상 공극 섹션. 52
그림 2.24. AFPMM의 Quasi 3-D 유한요소 해석법. 54
그림 2.25. (a) 전기자 반작용 필드의 유한 요소 해석 모델. (b) 기준 자속 분포의 z축 방향성분. (c) 기준 자속 분포의 θ축 방향성분. 56
그림 2.26. AFPMM의 전기자 반작용 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 58
그림 2.27. 기존의 Quasi 3-D 방법과 향상된 Quasi 3-D 방법. 60
그림 2.28. AFPMM의 차원 해석 면. 61
그림 2.29. (a) 2차원 해석 면에서의 공극 자속 분포 (z 방향성분). (b) 가상 공극 섹션 상의 공극 자속 분포 (z 방향 성분). (c) 2차원 해석... 62
그림 2.30. AFPMM의 개방 회로 필드. (a)초기위치. (b) 1/2 τp (c) τp. (d) 2 τp. 66
그림 2.31. AFPMM의 2-D 해석 면. (a) 스큐되지않은 영구자석. (b) 스큐된 영구자석. 68
그림 2.32. 이동자의 초기위치에서의 개방 회로 필드에 대한 공극 자속 분포. (a) 스큐되지 않은 영구자석의 2-D 해석 면. (b) 스큐된 영구... 70
그림 3.1. 앤드 포스 계산을 위한 LTPMM의 개략도 74
그림 3.2. LTPMM 앤드 포스. (a)외부형 영구자석 타입 LTPMM(Halbach 자화패턴). (b)내부형 영구자석 타입 LTPMM (축 방향 자화 패턴). 75
그림 3.3. LTPMM의 가상 치 평면 77
그림 3.4. LPPMM의 설계 변수. (a)평면도. (b)측면도. 78
그림 3.5. LPPMM의 측면도 79
그림 3.6. LPPMM의 가상치 평면. 81
그림 3.7. LPPMM의 기본모델 특성. (a)추력. (b)디텐트 포스. (c)앤드 포스. 82
그림 3.8. TLPMM의 설계 변수. (a)정면도. (b)측면도. 86
그림 3.9. TLPMM의 앤드 포스. 86
그림 3.10. 2-D 해석면에 대한 TLPMM의 전자기 토크. (a)코깅 토크. (b)부하 토크. 90
그림 3.11. 스큐각에 따른 AFPMM의 전자기 토크. (a)코깅 토크. (b)부하 토크. 91
그림 3.12. 2-D TLPMM의 인력. (a)개별 2-D 해석 면에 대한 인력. (b) 전체 인력. 92
그림 3.13. TLPMM의 가상 치 평면. 92
그림 4.1. LTPMM의 평균 추력. (a)외부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (b)내부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (c)외부형 영구자석과... 97
그림 4.2. LTPMM의 최대 추력. (a)외부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (b)내부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (c)외부형 영구자석과... 98
그림 4.3. LTPMM의 최대 디텐트 포스. (a)외부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (b)내부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (c)외부형 영... 99
그림 4.4. LTPMM의 역기전력 THD. (a)외부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (b)내부형 영구자석과 방사방향 자화패턴. (c)외부형 영구자... 100
그림 4.5. LPPMM의 보조 치의 이격거리와 두께조합에 따른 특성 (a)평균 추력. (b)최대 디텐트 포스. 102
그림 4.6. 보조 치의 이격거리 AL과 영구자석 스큐 길이에 대한 최대 디텐트 포스. 104
그림 4.7. LPPMM의 보조 치의 이격거리와 두께조합에 따른 특성 (a)평균 추력. (b)최대 디텐트 포스. 105
그림 4.8. TLPMM의 이동자의 모듈. 106
그림 4.9. TLPMM의 이동자의 모듈 수에 대한 디텐트 포스. 106
그림 4.10. TLPMM의 이동자의 모듈 수와 스큐 길이에 대한 디텐트 포스의 최대값. 108
그림 4.11. (a)영구자석 스큐. (b)영구자석 오버행 구조. 109
그림 4.12. 자속 밀도 분포. (a)기본 모델. (b)오버행 구조 모델. 111
그림 4.13. TLPMM의 비교 분석 결과. (a)디텐트 포스. (b)추력. (c)THD. 114
그림 4.14. LPPMM의 비교 분석 결과. (a)디텐트 포스. (b)추력. (c)THD. 115
그림 4.15. LPPMM의 오버행 길이와 스큐 길이에 대한 디텐트 포스의 최대값. 116
그림 4.16. 문제 영역내 불확실성 밴드. 118
그림 4.17. 대리 모델에서의 견고성 평가. 119
그림 4.18. 멀티 오브젝티브 최적화에서의 견고성 평가. 120
그림 5.1. LTPMM의 설계 변수. (a)외부형 영구자석 타입. (b)내부형 영구자석 타입. 122
그림 5.2. 외부형 영구자석 타입의 LTPMM의 자속 분포. (a)개방 회로 필드의 자속 선. (b)개방 회로 필드의 r방향 성분. (c)개방 회로 필드... 124
그림 5.3. 내부형 영구자석 타입의 LTPMM의 자속 분포. (a)개방 회로 필드의 자속 선. (b)개방 회로 필드의 r방향 성분. (c)개방 회로 필드... 126
그림 5.4. 제작품 (a)외부형 영구자석 타입 LTPMM. (b)내부형 영구자석 타입 LTPMM. 127
그림 5.5. LTPMM의 추력. (a)외부형 영구자석 타입. (b)내부형 영구자석 타입. 128
그림 5.6. LTPMM의 디텐트 포스. (a)외부형 영구자석 타입. (b)내부형 영구자석 타입. 129
그림 5.7. 테스트셋. 130
그림 5.8. 고정자 Back-iron에서의 자속 밀도 분포. (a) Case 1. (b) Case 3. (c) Case 5. (d) Case 7. 133
그림 5.9. LPPMM의 공극 자속 분포. (a)z방향성분. (b)x방향성분. 135
그림 5.10. LPPMM의 실험셋. 136
그림 5.11. LPPMM의 디텐트 포스. 136
그림 5.12. LPPMM의 추력. 136
그림 5.13. TLPMM의 공극 자속 분포의 x성분. (a) gap 1. (b) gap 2. (c) gap 3. (d) gap 4. 138
그림 5.14. TLPMM의 공극 자속 분포의 y분. (a) gap 1. (b) gap 2. (c) gap 3. (d) gap 4. 139
그림 5.15. TLPMM의 제작품. 140
그림 5.16. TLPMM의 구성. (a) CAD. (b) 사진. 141
그림 5.17. TLPMM의 실험셋. 142
그림 5.18. TLPMM의 디텐트 포스. 142
그림 5.19. TLPMM의 역 기전력. 143
그림 5.20. TLPMM의 추력. (a) 개별 공극. (b) 전체 추력. 144
그림 5.21. AFPMM의 전체 공극 자속 분포. (a) z방향 성분. (b) θ방향 성분. 146
그림 5.22. AFPMM의 제작품. 146
그림 5.23. AFPMM의 역 기전력. (a) αskew＝0. (b) αskew＝6.[이미지참조] 147
그림 5.24. AFPMM의 코깅토크. (a) αskew＝0. (b) αskew＝6.[이미지참조] 148
그림 5.25. AFPMM의 부하토크. (a) αskew＝0. (b) αskew＝6.[이미지참조] 149