초고속 영구자석 동기 전동기의 전자계-구조 특성 분석 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 전세계적으로 에너지 자원 고갈 및 환경 오염 문제가 심각해짐에 따라, 자동차, 생활 가전 등 다양한 산업에서 이를 극복하기 위한 해결책으로 고출력·고효율의 전동기를 이용한 부품 전장화(Electrification)가 대두되고 있으며, 철도차량 산업에서도 에너지 소비 절감을 위하여 추진시스템을 포함한 다양한 시스템 전장화를 위한 영구자석 전동기가 적용되고 있다. 철도 차량의 견인용 전동기 및 주요 전장 시스템의 추가적인 에너지 효율 향상 및 소형·경량화를 위해서는 고출력밀도의 초고속 영구자석 전동기의 연구개발이 필요하다. 초고속 영구자석 전동기를 설계하기 위해서는 고속 회전 시의 구조적 안전성을 확보하기 위해 전동기의 전자계 및 구조 특성을 고려한 다물리계(Multi-physics) 설계가 필수적이다. 본 논문에서는 초고속 영구자석 동기 전동기의 주요 설계변수에 따른 전자계-구조 특성을 분석하였으며, 추가적으로 20kW급 100,000rpm 초고속 영구자석 동기 전동기를 설계하고 유한요소해석을 통해 전자계 및 구조 특성을 검증함으로써 초고속 영구자석 동기 전동기의 특성 분석 연구의 타당성을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, as the problems of depletion of energy resources and environmental pollution have become serious around the world, electrification of components using high-power and high-efficiency motors is emerging as a solution to overcome problems in various industries such as automobiles and home appliances. In the railway vehicle industry, permanent magnet motors are being applied to electrify various systems, including propulsion systems, to reduce energy consumption. To further improve energy efficiency and reduce the size and weight of traction motors and major electronic systems of railway vehicles, research into and development of high-power-density and super-high-speed permanent magnet motors are required. For the design of super-high-speed permanent magnet motors, a multi-physical design is required in consideration of the electromagnetic field and structural characteristics of the motor in order to secure structural safety during high-speed rotation. In this paper, electromagnetic-structural characteristics analysis according to the main design parameters of the super-high speed permanent magnet synchronous motor was conducted. In addition, the validity of the study was verified by designing a 20kW class 100,000rpm Super-high speed permanent magnet synchronous motor and verifying the electromagnetic and structural characteristics through finite element analysis.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 초록
• 1. 서론
• 2. 본론
• 3. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

• 1 박찬배, "도시철도차량 견인용 IPMSM의 외함일체형 수냉각장치 설계 연구" 한국철도학회 23 (23): 480-488, 2020
• 2 이재준, "견인용 권선형 동기 전동기의 설계 연구" 한국철도학회 23 (23): 856-863, 2020
• 3 D.-K. Hong, "Ultra High Speed Motor Supported by Air Foil Bearings for Air Blower Cooling Fuel Cells" 48 (48): 871-874, 2012
• 4 D. Maheswaran, "Energy efficiency in electrical systems" 16-19, 2013
• 5 J. Luomi, "Efficiency Optimization of a 100-W 500,000-r/min Permanent-Magnet Machine Including Air-Friction Losses" 45 (45): 1368-1377, 2009
• 6 M.-S. Lim, "Design and Verification of 150-krpm PMSM Based on Experiment Results of Prototype" 62 (62): 7827-7836, 2015