EV 영구자석형 동기모터 vs 권선형 동기 모터

 

동기모터는 회전자(로터)가 고정자(스테이터)의 회전장과 동일한 속도로 회전하는 모터이다. 계자(강한 자기장을 이끌어내는 전자석)가 회전자에 위치하고 전기자가 고정자에 위치한다. 고정자는 철로 이뤄진 원통형의 프레임으로 구성되어 있는데, 내부 둘레 주변의 슬롯에 3상 권선이 있다. 고정자의 전기자 전류를 위한 교류 전압의 공급이 필요하다. 

1. 권선형 동기모터

 -회전자의 계자 자속 생성을 위한 직류 전압이 필요하다. 회전자의 권선에 전류가 흐르면 그에 맞는 계자(N/S극)가 형성되고, 고정자가 회전 자계를 형성하고, 자력에 의해 회전자와 고정자가 서로 다른 극을 끌어당기게 되면서 회전자가 고정자의 회전자계에 맞춰 회전하게 된다. 이 회전력을 통해서 기계적인 회전운동이 생성된다. 
- 권선형 동기모터 장점: 계자 권선을 이용해 계자 자속을 발생기셔 자속 크기 제어 용이, 영구자석을 사용하지 않아 부품 수급 안정성 유리, 영구자석 이용 안하므로 신뢰성 우수, 저속부터 고속까지 효율적 운전 가능
- 권선형 동기모터 단점: 회전자 계자권선에 계자 전류 입력 위한 브러시-슬립링 추가 장치 필요 및 이로 인한 수명 제한, 추가적인 동손 발생으로 영구자석형 대비 효율 저하, 기구구조 복잡하여 고장 위험성 높음, 브러시 마모 문제

2. 영구자석형 동기모터

 - 회전자에 영구자석을 삽입함으로써 설계구조가 간단하다. 회전자의 영구자석과 고정자의 자계의 인력&척력을 통해 회전력을 얻어 회전한다. 
 - 영구자석형 동기모터 장점: 고성능 영구자석 사용시 효율과 출력밀도가 기타 전동기보다 우수, 효율과 출력밀도 우수, 회전자 구조가 매우 간단, 계자 자속 발생 위한 회전자의 전기적 연결 불필요
 - 영구자석형 동기모터 단점: 회전자에 위치한 영구자석이 회전원심력에 의해 비산될 가능성이 있으며, 자석에서 발생하는 계자자속의 크기 조절 어려움, 영구자석의 감자로 신뢰성이 문제될 여지가 있음, 희토류 계열 영구자석 개발 시 자원 확보 문제.

 

 

(차량기술사 2022년 128회차 1교시 13번 문제 - 전기자동차에 사용되는 동기 모터(Synchronous Motor)의 종류 중 영구 자석형 동기 모터와 권선형 동기 모터를 비교하여 설명하시오.)