전기차 모터의 토크리플 종류[마그네틱토크, 릴럭턴스토크,토크리플]

 

전기차 모터의 정상상태와 과도상태[회전속도,토크,정상상태,과도상태]

우선 전기차 모터에 대해 논하므로 대세인 영구자석기기의 토크리플에 대해서 마저 논 해보도록 하자

 

과도상태의 경우는 차처해 두더라도 정상상태에서 손실이 없는 이상적인 전동기의 경우 기계적인 출력과 전기적인 출력이 완전히 동일하다는 것을 가정할 수 있다.

 

하지만 실제적으로 전동기를 해석해 보면 아래와 같이 일정한 한선이 아닌 다음과 같이 흔들리는 형태를 가지는 경우가 나오는데

 

이건 실제로 필자가 학부생 때 직접 시물레이션 했던 발전기의 전압파형이다.

 

 

물론이건 발전기의 출력 전압을 보여주는 것이지만 이러한 토크리플에서 고려할 사항은 비슷하므로 우선은 이 상태에서 이야기를 진행해 보자

 

여기서 리플은 여러 성분으로 분류되며 시간에 무관한 일정한 값과 +시간에 따라서 교번 하는 토크리플이 나타난다.

 

결국 그럼 여기서 토크리플이란?

우리가 원하지 않게 일정하지 않은 값으로 나온 흔들림 정도로 해석할 수 있을 것이다.

 

이를 세부적으로 분해할 때 푸리에 급수라는 수식을 활용하여 시뮬레이션에서 합성 파형을 세부적으로 삼각함수형태로 분해한다의 개념을 잡고 이야기를 진행하자

 

여기서 결국 고조파를 분석해 리플을 해석해야 한다는 이야기는 어렵지 않게 이야기할 수 있고 그렇다면 이러한 토크의 종류에 대해 이야기해 보자

 

통상적으로 모터를 분류해 내는 데 있어 토크를 크게 2가지로 나누며 이는 마그네틱 토크와 릴럭턴스 토크로 구분한다.

 

물론 유도기에서 발생하는 유도저항으로 인한 토크가 존재하기는 하지만 지금은 전기차모터에 대해서 다루므로 이에 대한 이야기는 생략하고 2개의 성분해 대해서 논해보자

 

마그네틱 토크(Magnetic Torque)

 

마그네틱 토크는 우리가 당장으로 쓰고 싶은 일자형태의 토크로 위처럼 자기력선에 의한 연결로 발생하는 토크다 당연히 이 토크에 우리가 원하는 파형이 자연스럽게도 들어있을 것이다. 

 

하지만 급격한 변화로 인한 자기장의 끊어짐부터 수많은 변수를 고려하지 않을 수는 없다 

 

결론적으로 전기차 모터에서 많이 활용되는 전기적인 입력은 시간에 따라서 교번 할 것이고 고조파성분이 마그네틱 토크 안에서도 포함되어 있을 수 있다.

 

하지만 단순히 회전자의 전기자 사이에 전류의 인입으로 인한 변화만이 존재할까?

 

릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)

 

 자기저항 토크라고 칭하며 스테이터가 철극을 끌어당겨 발생하는 토크를 ‘릴럭턴스 토크’라고 칭한다.

 

여기서 단순하게 생각해 본다면 영구자석을 활용한 모터에서 자석은 철을 끌어당길 것이고 이로 인해 회전할 때 있어서 코이를 넣기 위한 요철구조를 가진철에 의해 불균일하게 서로 끌어당기면서 요철구조와 상호작용이 일어날 것이다.

 

결국 교번 하는 상태로 회전을 하게 된다면 이에 따라 영향을 받고 총합은 0이 되는 토크 정도로 이해하면 조금은 이해가 편할 것이다. 

 

 

결론적으로 정리하자면 전기차모터에서 토크를 고려할 때 위두 개를 고려하고 기존에는 슬롯리스방식부터 스큐슬롯까지 수많은 방식을 통해 토크리플을 저감 하기 위한 연구가 진행되어 왔다

 

하지만 최근 전기차 모터의 경우 이 릴럭턴스 토크를 활용해 속력을 더 끌어올릴 수 있는 ipmsm이 대세로 활용되고 있다. 정도의 개념만을 담고 가자 자세한 저감밥과 운전에 따른 저감은 다음글에서 좀 더 자세히 다루도록 하겠다.