Conference: 2024 한국자기학회 동계학술대회
Authors: 홍영진, 김재현, 임명섭
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영구자석 전동기는 자속 방향에 따라 Axial Flux Motor (AFM)와 Radial Flux Motor (RFM)로 구분 지을 수 있다. AFM은 모터의 내 외경 차이를 통해 유효 자속 면적을 조절할 수 있다는 특징이 있다. 이러한 특징으로 인해 RFM 대비 동일 부피에서 높은 비토크 및 비출력을 내기 용이하여 제한된 공간을 가진 상황에서의 동력 기관으로 연구가 진행되고 있다. 또한 이러한 장점을 십분 활용하기 위해 할박 배열 (Halbach Array)를 추가로 적용하는 방법 또한 고려되고 있다.할박 배열은 영구자석 배열의 한쪽 면에 자속을 집중시키고 반대편 면의 자기장을 줄이는 자석 배열 방법이다. 이 방법은 공극의 평균 자속 밀도를 높여 기존 영구자석 배열 방식에 비해 더 높은 토크를 얻을 수 있다. 또한, 회전자 백요크의 자속 포화를 줄여줘 회전자의 두께를 얇게 가져가 모터의 축 방향 길이를 줄일 수 있다는 이점이 있다. 본 논문에서는 할박 배열의 영구자석 착자 각도를 다르게 한AFM의 특성을 분석하는 연구를 수행하였다. 이를 확인하기 위해 2-Dimensional Finite Element Analysis (2D FEA)를 기반으로 한 Quasi-3D 모델 해석을 진행하였다. 일반적인 자석 배열 모델과 할박 배열을 적용한 모델에 대해 해석을 진행하였으며, 할박 배열의 경우 자석의 착자 각도를 각각 90°와 45°가 되는 모델을 설정하였다. Fig. 1을 통해 각 모델의 배열을 확인할 수 있다. 또한 Fig. 2에서 할박 배열 영구자석의 착자 각도의 분포를 더 세밀하게 가져갈 시, 쇄교자속의 파형이 더 정현적으로 변화하며, 이로 인해 역기전력 기본파가 상승하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 할박 모델을 적용한 모델에서 동일 전류 대비 더 높은 토크를 만들 수 있으며, AC 동손 및 DC 동손이 줄어드는 결과를 Table. 1을 통해 확인할 수 있다.