Conference: 2022 한국자기학회 하계학술대회
Authors: 김현수, 박진철, 배예나, 유준열, 임명섭
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최근 국제 정세로 인한 화석연료의 공급불안정과 세계 각국의 환경 규제로 인해 Hybrid Electric Vehicle (HEV), Electric Vehicle(EV) 등 친환경차량의 수요가 증가하고 있다. 친환경차량의 구동모터는 제한된 배터리용량내에서 구동하고, 넓은 운전영역으로 인해 고조파를 반영한 모터의 효율을 정확하게 예측하는 것이 중요하다. 따라서 모터 효율의 정확성을 향상시키기 위해서는 인버터의 스위칭으로 인한 Pulse Width Modulation (PWM) 전류 고조파를 고려한 모터의 손실을 분석해야 한다. 모터의 손실 중 철손은 히스테리시스 현상과 와전류로 인해 주파수의 함수이고, Alternating Current(AC) 동손은 표피효과와 근접효과로 인해서 고조파에 영향을 받는다. 따라서 본 논문에서는 정현파 전류와 PWM 고조파를 고려한 전류의 철손 및 AC 동손을 분석한다. 대상모델은 16극24슬롯 HEV 용 Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(IPMSM)이다.PWM고조파를 고려한 철손 및 AC동손 해석 프로세스는 Fig.1에 제시하였다. 우선 정현파 전류 기준으로 대상모터의 전류와 전류 위상각에 따른 인덕턴스를 계산하였다. 그리고 정현파와 고조파에 의한 포화도는 동일하다고 가정하여 포화에 따른 인덕턴스의 변화를 고려하기 위해 앞서 계산된 인덕턴스를 인버터 시뮬레이션에 반영하여 부하 포인트의 전류를 계산하였다. 그 이후, 대상 모터의 Finite Element Analysis(FEA) 모델에 계산된 전류를 인가하여 철손 및 AC동손을 계산했다. 철손해석 시에는 특정 고주파 차수를 고려하여 공극 mesh를 선정하였고, AC동손 해석시에는 표피효과의 침투 깊이를 고려하여 mesh를 선정하였다. 그리고 정현파 전류를 인가한 철손과 AC동손도 동일한 mesh를 이용하여 계산하였다. Fig.2에 정현파 전류와 PWM 고조파를 반영한 전류의 철손과 AC동손 해석결과를 제시하였다. PWM 전류 고조파로 인해 철손 및 AC동손 모두 증가함을 확인했다. 따라서 모터의 효율을 정확하게 계산하기 위해서는 PWM 전류 고조파를 반영해야 한다.