초고속 영구자석 모터의 다물리적 필드 설계 및 계산

초고속 영구자석 모터(UHSPPM)는 높은 전력 밀도와 빠른 반응 속도 등의 장점으로 에너지 절약 및 배출 감소를 실현하기 위한 시나리오 수가 점차 증가하고 있으며, 이들의 정확한 설계 및 분석이 점점 더 중요해지고 있다. UHSPPM은 높은 회전 속도와 작은 크기 때문에 성능과 구조에 미치는 전자기, 힘, 열 등의 다중 물리 필드 효과를 고려해야 한다. 본 논문에서는 첫째로 모터의 각 구성 요소의 손실을 정확하게 계산하고, 전산유체역학(CFD)을 통해 모터 내부의 유동장 및 온도 분포를 얻어 각 구성 요소의 제한 작동 조건을 결정한다. 둘째로, 서로 다른 제한 작동 조건에서 로터의 기계적 응력을 계산하며, 특히 서로 다른 온도 구배에서 작동할 때 영구 자석과 슬리브의 응력을 점검하여 초고속 로터의 신뢰성을 향상시킨다. 나아가, 전체 로터 시스템에 대한 동역학 분석을 수행하여 정격 작동 조건에서 오랫동안 안정적인 작동을 보장한다. 마지막으로, 전체 로터 시스템의 동역학을 분석하여 초고속 영구자석 로터가 정격 작동 조건에서 오랜 시간 동안 안정적으로 작동할 수 있음을 보장한다. 이론 계산 및 분석을 기반으로 25 kW, 95 krpm 프로토타입이 설계 및 제작되었으며, 관련 실험 연구가 수행되었다. 극한 작동 조건(극한 속도 및 극한 온도) 하에서 로터 기계적 특성의 계산의 정확성을 시험을 통해 검증하였으며, 설계 정확도의 목표인 5% 이내에 도달하였고, UHSPPM의 고정밀 설계를 더욱 개선하는 데 큰 도움이 될 수 있다.