AFPM 발전기
AFPM 전동기
공기역학
 
 
AFPM Motor
산업의 발달과 더불어 전동기 사용에 대한 수요는 급속히 증대되고 있는 실정이며, 전동기의 사용 목적 및 응용 분야 또한 다양한 추세를 보이고 있다. 최근 지구 환경문제와 석유에너지에 대한 높은 의존도의 분산에 많은 관심이 집중되고 있는데, 그중 EVs(Electric Vehicles)는 환경보존에 기여될 뿐만 아니라, 높은 에너지 효율로 많은 주목을 받고 있다. 현재 소 용량 전동기는 대부분 직류전동기가 사용되고 있으며, 현재 BLDC(Brushless DC)전동기는 제어용과 같은 특수한 목적으로 사용되고 있다. 이러한 BLDC전동기는 소형 직류전동기에 비하여 많은 장점을 가지고 있으므로 앞으로 여러 분야에 이용될 수 있을 것이다. 영구자석 여자방식을 채용하고 있는 BLDC 전동기는 자로 형성에 따라 Radial flux형과 Axial flux형의 두가지로 구분되는데, Radial flux 형은 공극 단면이 축과 직교하는 방향으로 놓여져 공극에서 고정자 코일과 회전자의 자속의 상호작용으로 토크가 형성되나, Axial flux형은 공극단면이 축과 직교하므로 축과 평행한 방향의 자속에 의하여 전동기의 토크가 형성된다. 축 방향 자속 영구자석 전동기(Axial Flux Permanent Magnet Motor)는 일반 전동기에 비하여 고에너지 밀도를 갖고 있으며, 구조적으로 짧은 축 방향 길이를 가지는 슬림형 구조를 가지고 있다. 또한 바퀴 일체형으로 장착이 가능하므로 전동기 자체 중량을 현저히 줄일 수 있다. 일반적으로 BLDC전동기는 출력 특성은 제어기의 성능과 전동기의 토크 및 효율이 그 전동기의 특성을 결정하는 중요한 요인이 된다. 최근에 AFPM전동기를 전기 자동차에 직접 구동용으로 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고 에너지 밀도를 가지는 희토류 자석류(Nd-Fe-B)의 개발이 이러한 전동기의 응용분야의 확대를 가속화시키고 있다.

Core-less AFPM 전동기의 구조와 제어
AFPM 전동기는 브러시레스(brushless)형의 구조를 가지며 직류입력 전압을 스위칭하여 구동하게 된다. 전동기의 고정자를 중심으로 회전자가 배치되며 회전자에 영구자석이 사용되고 있으며, 전기자 권선은 고정자측에 권선된다. 일반적으로 고정자 권선에 순차적으로 3상중 2상 도통방식으로 전동기를 구동한다. 그림 1.은 전동기 구동 인버터 회로이며, 각상에 순차적인 전류 도통구간을 나타낸다. BLDC 전동기는 정류작용을 위해 브러시와 정류자 대신에 회전자의 위치를 검출하는 소자와 이 위치 정보에 따라 인버터를 통해 전기자권선에 전압이 인가된다. 위치 검출용 소자로는 홀센서, 엔코더등이 사용되며, 최근에 센서리스형 BLDC 전동기가 부분적으로 사용되고 있다.

AFPM 전동기의 회전자는 디스크형의 원판에 영구자석(PM)이 부착된 두 개의 회전자 disc는 팬의 역할을 하므로 전동기의 손실에 의하여 발생되는 열을 제거하기 알맞은 구조로 되어 있다. 전동기의 자로는 영구 자석의 재질, 배치, 극면적의 크기와 공극의 길이 등에 의하여 결정된다. 일반적으로 전동기는 고정자 권선을 부착하고, 자속의 통로를 형성하는 고정자 철심이 있는 것이 보편적이나, 코어리스를 사용함으로써 체적당 코일 턴 수와 단위 무게당 토크의 비를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.