Fuel cell hybrid electric vehicle technology has been issued in recent years because of its strength of fuel economy and emission. There are turbo blowers using BLDC motor to supply air to fuel cell inside engine of FECV. In case of BLDC in turbo blower, It could cause vibration problem because it has higher rotating speed than that of other compressors and magnetic bearings and so on. In electric rotating device, there are two excitation sources, mechanical and magnetic excitation, to cause vibration. Especially, to predict effect of magnetic excitation, It is essential to establish model with eccentricity of rotor. When rotor is not at the center of space inside stator, change of permeance and flux density bring about radial excitation. This radial force called unbalanced magnetic pull. This UMP is hard to measure with experiment and UMP has nonlinear property. Because of these properties, linear analytical solution studied by many researchers cause large error to predict UMP value. In addition, because of a few physical phenomena such as flux leakage that cannot be reflected in theoretical approach, many existing researches have lots of error.
In this work, tendency of UMP is explained by FEM analysis as design parameters of motor change. Also, design experimental equation which helps to predict UMP including effects of various physical phenomena and nonlinearity. Because UMP is not linear as design parameters are change, real dimension values are used to analysis rather than dimensionless value.
Using this experimental equation, UMP can be predicted in range of parameters of BLDC motors used in turbo blower. Though motors are usually designed focused on torque performance, this equation helps to decide direction of change for various parameters under large UMP circumstance. Moreover, this equation is so simple and intuitive that it is possible to predict UMP and tendency of change much more quickly compared to the existing equations.
화석 연료의 고갈과 각종 환경 규제로 인하여 내연기관을 대체할만한 자동차 동력원의 필요성이 증대되고 있다. 이 새로운 동력원을 갖춘 자동차중 하나가 연료전지 자동차이다. 연료전지 자동차의 연료전지는 자동차에 산소를 공급하기 위해서 터보블로워가 사용된다. 터보블로워는 BLDC모터를 이용하여 회전하게 되는데 그 회전속도가 40000rpm이상이 된다. 따라서 이렇게 고속으로 회전하기 때문에 진동문제에 노출되어 있다. 이렇게 모터같이 전자 회전기기는 회전시 크게 기계적 가진력과 자기적 가진력이 발생한다. 특히 기계적 가진력의 경우는 회전 시스템을 설계 당시에 많이 고려되지만 자기적 가진력은 설계당시 고려되지 않을 뿐만아니라 어떤식으록 고려되어야 하는지에 대한 연구가 이뤄지지 않았다. 자기적 가진력은 회전자에 편심이 발생해 공극의 균형이 깨지면서 발생하는 반경방향의 힘을 의미한다. 이러한 가진력을 불균형 자기력이라고 하는데 이 불균형 자기력은 실험으로 예측하기가 쉽지 않을뿐만 아니라 편심에 따라 비선형적으로 변하기 때문에 선형 근사를 이용한 다양한 이론적 접근과 많은 오차가 발생한다. 뿐만 아니라 이론에선 반영할 수 없는 자기 누출등의 현상으로 인해서 각종 설계 변수에 따른 변화를 예측하는 것이 실제와 많은 차이가 있다.
이 논문에서는 FEM해석을 통해서 다양한 설계 변수의 변화에 따른 불균형 자기력 변화를 살펴보았다. 또 다양한 물리적인 현상과 비선형을 나타낼 수 있는 실험해를 설계하였다. 불균형 자기력은 설계변수에 변화에 따른 비선형적 결과를 나타내므로 파라미터 값을 무차원화를 시키지 않고 현재 사용되고 있는 터보블로워용 BLDC모터의 설계변수 범위내의 값을 직접 이용하여 해석하였다.
실험식을 이용하여 터보블로워에 사용되는 BLDC모터의 설계변수 범위내에서 불균형 자기력을 예측할 수 있다. 모터의 설계는 회전 성능을 중심으로 설계되지만 큰 불균형 자기력이 발생할 경우 위의 실험식을 이용하여 설계 변수 변경 방향을 설정하는데 참고할 수 있다. 뿐만 아니라 실험식은 훨씬 직관적이고 단순한 형태의 식으로서 기존의 식이나 FEM해석보다 훨씬 적은 시간안에 불균형 자기력의 값을 예측할 수 있다.
