전기버스용 인휠타입 매입형 영구자석 전동기 코깅토크 저감 최적설계

Abstract

본 논문은 전기기기의 최적설계를 위한 멀티모달 알고리즘을 제안하고 이를 전기버스 구동용 인휠타입 영구자석 매입형 동기전동기에 적용하여 코깅토크, 토크리플 그리고 평균토크 성능을 고려한 최적 설계안을 도출하였다. 전기 자동차 시장이 빠르게 성장함에 따라 전기 버스의 수요 또한 늘어나고 있다. 전기 버스의 전동기는 차체 무게 절감과 공간활용의 이점을 위해 인휠타입의 전동기가 적용되고, 높은 효율과 출력밀도를 위해 영구자석 매입형 동기전동기(Interior permanent magnet synchronous motor: IPMSM)가 사용된다. 하지만 IPMSM 특성상 큰 코깅토크와 토크맥동이 발생하는데, 인휠 구조는 차체와 직접 연결되기 때문에 소음과 진동이 더욱 부각된다. 따라서 본 논문은 인휠 타입 IPMSM의 진동성분 저감을 최적설계의 목표로 설정하였다. 전기기기의 해석은 비선형적 요소를 포함하고 있기 때문에 유한요소법(Finite element mehtod: FEM)을 사용하여 진행된다. 하지만 최적설계를 FEM에 적용하면 계산시간이 오래걸리는 문제점이 있다. 따라서 본 논문에서 FEM의 계산 횟수를 현저히 줄일 수 있는 최적화 알고리즘을 제안하고 이를 검증하기 위해 기존의 최적화 알고리즘과 비교하였다. 그리고 제안한 두 최적화 알고리즘 중 하나를 전기버스용 인휠 타입 IPMSM에 적용하여 뛰어난 성능을 가진 최적설계안을 도출하였다.