PCB 고정자를 적용한 차량용 전동식 워터펌프 모터 설계

초록

본 논문은 차량용 전동식워터펌프(EWP, Electric Water Pump)에 적용 가능한 슬롯리스 축방형 자속 모터에 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 고정자를 적용하고, 축방향 길이 저감을 위한 설계를 제안한다. EWP에서는 볼루트가 주로 외경(반경) 방향의 공간을 차지하므로 모터 외경을 줄이는 것보다 차량 내부의 공간을 확보를 위해서는 축방향 길이 저감이 효율적이다. 기존 방사형 자속 전동기(RFM, Radial Flux Motor) 기반 EWP 모터는 축방향 길이가 길어 패키징 구성에 불리한 반면, 본 논문에서 제안하는 PCB 고정자 축방향 자속 전동기(AFM, Axial Flux Motor)는 목표 성능을 만족하면서 적층 길이를 저감하여 보다 compact한 형상을 달성한다. 단일 로터 AFM은 소형화에 유리하지만 고정자 제작이 어렵다는 한계가 있으며, PCB 고정자는 높은 제작성, 빠른 생산, 대량 제조에 유리하다. 또한 모듈형 PCB 고정자를 적층함으로써 다양한 용량대로 확장이 용이하다. 하나의 모듈형 PCB 고정자는 여러개의 레이어로 구성이 되고, 이러한 여러개의 레이어 PCB를 멀티레이어 PCB라고 한다. 멀티레이어 PCB를 활용하여 전류를 분산시켜 흐르게 하는 설계가 가능하고, 이는 기존 모터 대비 전류밀도를 높게 사용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구는 이러한 특성을 바탕으로 PCB 고정자를 적용한 A FM EWP 모터의 효과적인 설계 방법을 제안하고, 이를 전자기해석을 통해 검증하였다.

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