영구자석 동기전동기

2. 특징

유도전동기나 전자석 동기전동기에 비해 효율이 높고, 정류자, 브러시, 계자 여자 회로, 슬립 링이 없어 보수가 용이하다. 계자 손실에 의한 온도 상승이 없으므로 계자 온도 상승에 대한 보호는 불필요하나, 영구 자석이 큐리 온도에 가까워지면 보자력이 약해지는 점은 주의해야 한다. 회전 속도는 전원 주파수에 의해 결정되며 부하에 따라 변하지 않아 속도 제어 정밀도가 우수하다. 전파 시계 보급 이전에는 상용 교류식 전기 시계가 널리 사용되었다.

속도를 변화시키려면 전용 가변전압 가변주파수 제어(VVVF) 인버터가 필요하며, 기동 및 정지 시 독특한 소리가 발생한다. 정현파 벡터 제어를 위해 회전자 위상각 검출용 홀 소자 센서를 사용하기도 했으나, 최근에는 직류 버스의 과전류 보호용 분류기 전압으로부터 교류 전류를 재현하여 회전자 위치를 마이크로컨트롤러로 계산하는 센서리스 방식이 주류가 되고 있다. 구형파 제어는 역기전력을 검출하여 위상각을 검출하는 것이 일반적이다.

철도 차량용으로는 도시바가 철도총합기술연구소와 협력하여 적극적으로 추진하고 있다^[1][2]. 유도 전동기보다 효율이 개선되었을 뿐만 아니라, 도시바가 추진하는 완전 밀폐 자냉식 구조를 채용하여 전동기 내부 청소가 원칙적으로 불필요해 보수성도 우수하다. 최근 고부하 가감속을 많이 하는 지하철이나 각역 정차 전용 차량을 중심으로 도입이 진행되고 있다.

2. 1. 장점

• 2차 동손(회전자의 동손)이 없어 유도 전동기·전자석 동기 전동기 등보다 효율이 높고 소형·경량화가 가능하다.
• 정류자·브러시·계자 여자 회로·슬립 링이 없어 보수가 용이하다.
• 계자의 손실에 의한 온도 상승이 없으므로 계자 온도 상승에 대한 보호가 불필요하다. 단, 계자에 사용되는 영구 자석이 큐리 온도에 가까워지면 보자력이 약해진다.
• 회전 속도가 전원 주파수에 의해 정해지며 부하에 따라 변하지 않으므로 속도 제어 정밀도가 우수하다.
• 유도 전동기나 전자석 동기 전동기에 비해 축전지 전동차나 협궤 철도의 경우에 유리하다.

2. 2. 단점 및 주의사항

• 상용 전원으로는 구동할 수 없으므로, 전용 가변 전압 가변 주파수 제어(VVVF) 인버터가 필요하다.
• 전동기 1대마다 1대의 인버터(1C1M, 즉 개별 제어)가 필요하다. 2in1 또는 4in1으로 인버터 장치를 집약 설치하는 경우도 있지만, 실제로는 전동기 수만큼 인버터 장치가 있는 것과 같다.
• 관성 주행에서 회전할 때도 항상 발전하므로, 필요에 따라 차단기를 함께 사용한다. 전기 자동차나 하이브리드차에서는 이를 역이용하여, 일반적인 엔진 동력차에서 관성 주행할 때 엔진 브레이크와 비슷한 낮은 감속도로 회생하는 제어를 한다. 운전자가 이를 취소하기 위해 가볍게 가속 페달에 발을 올려놓는 것을 "활공"이라고 부르기도 한다.
• 정현파 구동의 센서리스 제어에서는 직류 버스의 과전류 보호용 션트 저항 전압으로부터 교류 전류를 재현하여 회전자 위치를 마이크로컨트롤러로 계산하기 때문에, 고관성·고토크 부하의 경우 탈조로 인해 기동이 불가능해지는 경우가 있다.
• 구형파 구동의 센서리스 제어에서는 역기전력을 검출하여 회전자의 위상각을 검출하므로, 검출이 불가능한 기동 시 위치를 맞출 때 역회전하는 경우가 있어 안전에 유의해야 한다.
• 홀 소자를 사용한 센서는 고온에 약하다.^[1][2]