Maxwell로 모터 전자계 해석을 완료했다고 설계 검증이 끝난 걸까요?
실제 제품에서 모터는 단독으로 작동하지 않습니다. 인버터, 드라이버, 제어 알고리즘과 연결된 하나의 시스템으로 동작합니다. 전자계 해석 결과가 아무리 좋아도, 제어 루프와 결합했을 때 예상치 못한 문제가 발생하는 경우가 바로 여기서 나옵니다.
이번 글에서는 Ansys Maxwell과 Twin Builder를 연동해 모터 단품 해석을 시스템 수준 검증으로 확장하는 방법을 정리합니다.
Twin Builder란?
Ansys Twin Builder는 전기, 자기, 기계, 열, 유압 등 복수의 물리 도메인을 하나의 환경에서 연계 해석할 수 있는 멀티 도메인 시스템 시뮬레이션 툴입니다.
회로 설계, 제어 로직, 전력 전자 시스템을 도식적(Schematic) 방식으로 구성하고, 아날로그·디지털 혼합 신호 해석까지 지원합니다. 복잡한 전력전자 및 드라이브 시스템의 동작을 빠르고 정확하게 시뮬레이션하는 데 특화되어 있습니다.
Maxwell 단독 해석의 한계
Maxwell은 모터의 전자기적 특성을 정밀하게 계산합니다. 토크, 코어손실, 인덕턴스, Back-EMF 파형 등 설계에 필요한 수치들을 뽑아낼 수 있죠.
하지만 Maxwell 단독으로는 다음 질문에 답하기 어렵습니다.
✔ 인버터 스위칭 주파수에서 전류 리플이 얼마나 발생하는가?
✔ FOC(Field Oriented Control) 알고리즘이 이 모터에서 제대로 동작하는가?
✔ 과도 응답 구간에서 토크 응답 특성은 어떻게 나타나는가?
✔ 배터리-인버터-모터 전체 구동계의 효율은 얼마인가?
이 질문들은 모터 단품이 아니라 시스템 수준의 문제입니다. Maxwell과 Twin Builder를 연동하면 이 영역까지 검증 범위가 확장됩니다.
연동 방식: Maxwell → Twin Builder
연동은 크게 두 가지 방식으로 이루어집니다.
① Maxwell 해석 결과를 Twin Builder에 데이터로 전달
② Maxwell과 Twin Builder 동시 연성 해석 (Co-simulation)
① Maxwell 해석 결과를 Twin Builder에 데이터로 전달
Maxwell에서 계산한 인덕턴스(Ld, Lq), Back-EMF 파형, 코어손실 데이터를 Twin Builder의 모터 모델 입력값으로 활용합니다. 단순화된 이상 모델 대신 실제 전자계 해석 기반의 정밀 모터 모델을 시스템 시뮬레이션에 반영할 수 있습니다.
② Maxwell과 Twin Builder 동시 연성 해석 (Co-simulation)
Maxwell의 전자계 해석과 Twin Builder의 회로·제어 해석을 실시간으로 연계합니다. 제어 신호가 바뀌면 Maxwell 해석 결과가 업데이트되고, 그 결과가 다시 제어 루프로 피드백되는 방식입니다. 계산 시간은 더 걸리지만 가장 정확한 시스템 수준 검증이 가능합니다.
어떤 검증이 가능해지나?
전력전자 드라이브 시스템 검증
인버터 회로와 모터를 함께 구성하여 PWM 스위칭에 의한 전류 파형, 토크 리플, 전압 왜곡을 분석합니다.
모터 제어 알고리즘 검증
FOC, DTC 등 제어 알고리즘을 Twin Builder에서 구성하고, Maxwell 기반 모터 모델과 연동해 제어 응답 특성을 검증합니다. 실제 하드웨어 없이 제어 파라미터 튜닝이 가능합니다.
배터리-인버터-모터 통합 시스템 해석
배터리 모델, 인버터 회로, 모터를 하나의 시스템으로 구성하여 구동 사이클 전체에 걸친 에너지 효율과 열 발생을 분석합니다. EV 구동계 또는 방산·항공용 전동 시스템 검증에 적합합니다.
이런 상황이라면 지금이 검토 타이밍입니다
✔ Maxwell로 모터 해석은 했는데, 제어 시스템과 연동 검증은 아직 안 했다
✔ 인버터 설계와 모터 설계를 별도 팀이 진행하고 있어서 통합 검증이 없다
✔ 실제 하드웨어 시제품 없이 제어 알고리즘을 먼저 검토하고 싶다
✔ 구동계 전체 효율 맵을 설계 단계에서 확인해야 한다
✔ EV, 드론, 방산용 전동 시스템에서 배터리-인버터-모터 통합 검증이 필요하다
모아소프트는 Ansys Maxwell 전자계 해석과 Twin Builder 멀티 도메인 시스템 해석을 연동하여, 모터 단품부터 구동 시스템 전체까지 통합 검증을 지원합니다.
모터 시스템 통합 검증이 필요하시다면 아래로 문의 주세요.
관련 문의: 02-420-3203 / Contact Us – 26+ Year’s Experience in Reliability & Safety
