Electromagnetic Analysis and Design of a Wound Field Synchronous Machine with Grain Oriented Electrical Steel Considering Magnetic Field Behavior

본 논문에서는 계자 권선형 동기전동기(Wound Field Synchronous Machine, WFSM)의 출력 밀도와 효율을 향상시키기 위해, 자계 거동 분석을 수행하였다. 해석 결과를 바탕으로 고정자와 회전자에 방향성 전기강판(Grain-Oriented Electrical Steel, GOES)을 적용한다. GOES의 압연 방향의 우수한 자기적 특성을 효과적으로 활용하기 위해 고정자 및 회전자 코어의 자계 거동을 분석하고, 교번자계 영역에 GOES를 적용하여 WFSM의 개선 설계를 수행하였다. 또한, 강판 재질에 따른 철손을 비교하기 위해 Steinmetz 방정식을 기반으로 기존에 무방향성 전기강판(Non-Oriented Electrical Steel, NOES)만을 적용한 WFSM과 본 연구에서 제안한 GOES 적용 WFSM의 철손을 분석한 결과, GOES를 활용한 설계가 기존 WFSM에 비해 12.67%의 철손을 감소시킴을 확인하였다. 또한, 정격 운전점에서의 전자기 성능을 비교한 결과, GOES를 적용한 WFSM에서 토크와 효율이 각각 9.43% 및 0.86% 향상된 것으로 나타났다. 본 연구에서 제안한 GOES를 자계 거동 분석을 통해 적절하게 WFSM에 적용하면 전자기 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다.