[전기자동차 구동 제어] 모터 개요(AC모터) 대박

전기차에서 사용되는 AC 모터에 대해 알아보자!

유도전동기란 AC전원으로 구동되는 비동기(Asychronous)모터로 고정자에 AC전류를 흘려 회전기계를 형성한다.​​​

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유도전동기의 회전원리를 이해하기 위해 위 그림과 같이 Argo의 원판조사에 대해 알아보자.자속을 원판 위에서 회전시키면 원판의 i) 상대적 스포츠가 발생하게 되고, (자석이 스포츠 하는 반대 방향) 자속과 힘이 있기 때문에 플레밍의 오른손 법칙에 따라 ii) 원판의 한가운데 전류가 향하게 된다.그런데 이 원판은 Short Circuit이므로 전류가 다시 돌아 과도하는 와전류(Eddy Current)의 형태가 된다.이때 플레밍의 왼손 법칙에 따라 유기된 전류와 자기장에 의해 ii) 회전력이 생기는데, 원판은 자기장이 회전하는 방향과 같은 방향으로 회전하게 된다.정리하면 자석이 움직이는 전류가 흐르고 이 와전류에 의해 다시 자장이 생기며 이때의 힘의 방향이 자석이 움직이는 방향과 같다.원판의 입장에서 자기장의 변화를 억제하는 방향에 따라 움직이게 된다.​​​

Argo는 원판으로 연구를 진행했지만 실제 모터는 원통 구조의 회전자를 이용한다.그러나 작동 원리는 같은가.​

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위 그림과 같이 자석의 N극과 S극이 회전자 양쪽에 배치되어 있다고 생각하면 와전류는 회전자의 수직방향(그림을 깨고 지본인지는 방향과 본인이 오는 방향)에서 발생한다. (모터의 축(회전자의 축), Shaft와 평행)이 와전류에 의한 전자기력이며, 회전자는 자석의 이동방향에 따라 시계방향으로 회전하게 된다.(플레밍의 왼손 법칙) 이처럼 유도전동기 회전자는 별도의 전선이 본인의 코일 없이 알루미늄 구조로 쉽게 만들 수 있어 고장이 적고 신뢰성이 매우 높다.​​​

1반의 가정에 제공되는 전력은 단상이므로(에키쵸에 적합하지 않는 sound)3상 모터를 사용하려면 MCU에 이다의 같은 3상 파형을 발발해야 한다.​

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파형에서 각 코하나가 우세한 부분이 한 번씩 차례로 존재하게 되는데, 이때 자계가 발생하면서 와전류가 발생하고 이를 바탕으로 회전자가 회전하게 된다.* 스테퍼 모터(스테핑 모터, 스텝 모터)의 경우는 정밀한 회전 제어가 요구되므로 다상 교류 신호가 필요하다.(이는 PMSM에 해당하게 뒤에서 설명합니다)​ ​ ​ 결국 단상과 3상 교류 유도 전동기 구조 원리를 정리하면 아래 그림 같다.

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자율주행차처럼 차의 위치를 확실히 인지하려면 GPS 기술도 발전해야 하지만 다양한 센서 데이터로 위치 오차를 줄여나간다.그 중 자동차 바퀴에 붙어 있는 인코더라는 것은 물리적인 데이터를 재공할 것입니다.역시 제한적으로 유도 전동기 제어를 위해 회전자 속도 측정이 필요한데, 인코더가 뒤따를 것입니다.​

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회전장에 처음 구멍이 뚫린 원판을 부착하고 Photo-led를 이용하여 원판이 회전하면 펄스가 생성되는 장치를 설치한다.이후 펄스의 주파수가 회전속도에 비례한 두 펄스의 위상차로 회전방향을 밝혀내 주행속도를 분석할 수 있게 된다.​​​​​

PMSM이란 AC 전원으로 구동되는 동기(Sychronous) 모터로, 회전자(回転子)에 영구 자석을 이용하는 것이 특징이었다.​​

자석으로 된 회전자(固定子)와 고정자(される子) 사이의 자력에 의해 구동된다.

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회전자의 회전속도와 고정자속 회전속도가 최초값인 동기구동으로 회전자의 위치를 측정하여 고정자 자속을 만들어야 합니다.구동효율이 높고 출력비 모터의 크기가 작다는 특징이 있다.* PMSM을 제어하기 위해 벡터제어(d-q변환 등)가 필요하다.이것은 나중에 필요에 따라 다루기로 하자.​

출처:KMOOC_서울 과학 기술 대학_전기 자동차 구동 제어_3주째