선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 브러시리스 모터의 회전자 종류별 편심량에 따른 특성 변화를 검토하였다. 회전자는 스텝스큐를 적용한 회전자와 미적용 회전자로 구분하였고, 각 회전자 종류 및 편심량에 따라 역기전력, 코깅토크, 반경방향력 특성에 대하여 2차원 유한요소법을 이용하여 해석하였다.
- 편심은 회전 중심축으로부터 회전자의 기하학적 중심 축간의 이격 거리로서, 모터가 회전할 때 풀리, 기어등의 부품, 조립 공차에 의해 회전자가 반경 방향력을 받음으로써 편심이 발생되기도 한다. 본 논문에서는 회전자 샤프트 끝단에 작용하는 편심력에 의해 그림 8과 같이 회전자에 편심이 발생될 때, 편심량 d에 따른 특성 영향을 분석하고자 한다. 편심된 회전자에 대한 특성 해석은 스텝스큐 회전자 해석 방법과 유사하게 2차원 유한요소법을 이용하여 해석한다.
제안 방법
- 2차원 유한요소법을 이용하여 스텝스큐 특성을 해석하기 위해 적층 방향으로 3분할 한 후, 각 스텝 별로 스텝스큐된 위상차 θstep만큼 회전하여 코깅토크를 해석한다.
- 편심된 회전자에 대한 특성 해석은 스텝스큐 회전자 해석 방법과 유사하게 2차원 유한요소법을 이용하여 해석한다. 그림 9와 같이 편심된 회전자에 대해 축 방향으로 임의의 개수(Necc)로 분할한 뒤, 각 스텝면의 중심을 회전자 편심량 (Necc/d)에 해당하는 만큼 이동하여 2차원 유한요소 해석을 실시한다. 스큐 미적용 회전자의 경우, 마그네트 간의 위상차가 없으므로 동일 위상에 대하여 중첩하여 특성을 계산하고, 스텝 스큐 적용 회전자의 경우, 각 스텝별 위상차를 적용, 중첩하여 특성을 구한도록 한다.
- 본 논문에서는 회전자에 스큐를 적용하지 않은 기존 회전자와 스텝스큐를 적용한 회전자에 대해서 각각의 회전자가 편심 되었을 때의 역기전력, 코깅토크, 반경방향 국속작용력 특성 변화에 대해 유한요소법을 이용하여 해석하고, 시제품을 제작하여 시험 결과와 비교 하였다.
- 시제품은 그림 14의 (a), (b)와 같이 스텝스큐 미적용, 적용 회전자를 제작하였고, 동일한 고정자에 각각 조립하였다. 아울러 회전자 편심량이 0과 0.5가 되도록 베어링 안착부 위치를 조정한 각각의 하우징을 제작하여, 각 회전자 별로 조립하여 편심량에 따른 특성을 시험하였다.
- 제작된 각 모터에 대해 역기전력과 코깅토크를 측정하여 회전자 종류와 편심조건에 따른 특성 변화를 확인하였다. 역기전력은 전용 측정 JIG를 이용하여 1,000[rpm]에서 측정하였는데, 스텝스큐를 적용하지 않은 회전자의 역기전력이 스텝스큐 회전자보다 약 2[%] 역기전력이 크게 측정되었으며, 회전자 편심에 따른 역기전력의 크기는 두 회전자 모두 변동이 없음을 확인하였다.
- 해석모델은 6극9슬롯 내전형 브러시리스 모터이다. 회전자 구조에 따른 특성을 비교하기 위하여 스큐를 적용하지 않은 회전자와 축 방향으로 3단의 스텝스큐가 적용된 회전자를 모델로 선정하였으며 동일 고정자에 적용하여 유한요소 해석을 실시하였다. 표 1은 해석모델의 설계 제원이며, 그림 1은 유한요소 해석을 위한 단면 형상, 그림 2는 각 회전자 해석 형상이다.
- 회전자 조건별로 시제품을 제작하여 편심에 따른 역기전력과 코깅토크 특성 시험을 실시하였다. 스큐 미적용 회전자의 코깅토크 특성파형은 해석치와 일치하나, 스텝스큐 적용 회전자는 시험치와 오차가 발생하였다.
- 회전자 종류와 편심량에 따른 특성 변화를 검토하기 위하여 시제품을 제작하여 시험을 실시하였다. 시제품은 그림 14의 (a), (b)와 같이 스텝스큐 미적용, 적용 회전자를 제작하였고, 동일한 고정자에 각각 조립하였다.
- 본 논문에서는 브러시리스 모터의 회전자 종류별 편심량에 따른 특성 변화를 검토하였다. 회전자는 스텝스큐를 적용한 회전자와 미적용 회전자로 구분하였고, 각 회전자 종류 및 편심량에 따라 역기전력, 코깅토크, 반경방향력 특성에 대하여 2차원 유한요소법을 이용하여 해석하였다. 해석결과 스텝스큐 적용 회전자가 스큐 미적용 회전자에 비해 역기전력 특성은 약 3[%], 반경방향력은 4.
대상 데이터
-
2. 모터 특성 해석
해석모델은 6극9슬롯 내전형 브러시리스 모터이다. 회전자 구조에 따른 특성을 비교하기 위하여 스큐를 적용하지 않은 회전자와 축 방향으로 3단의 스텝스큐가 적용된 회전자를 모델로 선정하였으며 동일 고정자에 적용하여 유한요소 해석을 실시하였다.
이론/모형
- 본 논문에서는 회전자에 스큐를 적용하지 않은 기존 회전자와 스텝스큐를 적용한 회전자에 대해서 각각의 회전자가 편심 되었을 때의 역기전력, 코깅토크, 반경방향 국속작용력 특성 변화에 대해 유한요소법을 이용하여 해석하고, 시제품을 제작하여 시험 결과와 비교 하였다. 아울러, 회전자 종류별 편심에 따른 반경방향의 전자기력 특성 변화를 유한요소법을 이용하여 해석하였다.
- 본 논문에서는 회전자 샤프트 끝단에 작용하는 편심력에 의해 그림 8과 같이 회전자에 편심이 발생될 때, 편심량 d에 따른 특성 영향을 분석하고자 한다. 편심된 회전자에 대한 특성 해석은 스텝스큐 회전자 해석 방법과 유사하게 2차원 유한요소법을 이용하여 해석한다. 그림 9와 같이 편심된 회전자에 대해 축 방향으로 임의의 개수(Necc)로 분할한 뒤, 각 스텝면의 중심을 회전자 편심량 (Necc/d)에 해당하는 만큼 이동하여 2차원 유한요소 해석을 실시한다.
성능/효과
- 스큐 미적용 회전자의 반경방향 국소 작용력은 약 361[kPa], 스텝스큐 적용 회전자는 약 344[kPa]로서 스텝스큐를 적용한 회전자가 반경방향 국소작용력이 약 4.9[%] 감소함을 알 수 있었다.
- 스텝스큐 적용 회전자의 경우 각 스텝의 코깅토크 발생 파형이 정현적이면 코깅토크는 0이 된다. 스텝스큐 회전자 해석모델에 대해 코깅토크를 해석한 결과 각 스텝의 코깅토크 파형은 정현적이 아니므로 코깅토크는 0이 되지는 않았으나, 스텝스큐 미적용 회전자에 비해 코깅토크가 현격히 저감되고 주파수는 증가됨을 알 수 있다.
- 측정결과, 스큐 미적용 회전자는 해석치와 유사한 측정 파형을 확인하였다. 스텝스큐 회전자의 코깅토크 시험 결과, 편심량에 따라 코깅토크가 증가하나 해석치와 시험치가 오차가 발생하였다. 이는 스텝스큐 회전자의 경우, 각 스텝 별 착자량, 위상차가 균일한 조건일 경우에 각 스텝의 코깅토크가 완전히 감쇄하게 되는데, 실제 제작 시에 각 영구자석 별 치수, 조립공차, 착자량 산포등의 편차가 발생함에 따라 코깅토크가 증가한 것으로 사료된다.
- 역기전력은 전용 측정 JIG를 이용하여 1,000[rpm]에서 측정하였는데, 스텝스큐를 적용하지 않은 회전자의 역기전력이 스텝스큐 회전자보다 약 2[%] 역기전력이 크게 측정되었으며, 회전자 편심에 따른 역기전력의 크기는 두 회전자 모두 변동이 없음을 확인하였다. 역기전력 특성은 해석치와 일치함을 확인하였다.
- 제작된 각 모터에 대해 역기전력과 코깅토크를 측정하여 회전자 종류와 편심조건에 따른 특성 변화를 확인하였다. 역기전력은 전용 측정 JIG를 이용하여 1,000[rpm]에서 측정하였는데, 스텝스큐를 적용하지 않은 회전자의 역기전력이 스텝스큐 회전자보다 약 2[%] 역기전력이 크게 측정되었으며, 회전자 편심에 따른 역기전력의 크기는 두 회전자 모두 변동이 없음을 확인하였다. 역기전력 특성은 해석치와 일치함을 확인하였다.
- 각 샘플 조건별 코깅토크 측정결과는 그림 17 과 같다. 측정결과, 스큐 미적용 회전자는 해석치와 유사한 측정 파형을 확인하였다. 스텝스큐 회전자의 코깅토크 시험 결과, 편심량에 따라 코깅토크가 증가하나 해석치와 시험치가 오차가 발생하였다.
- 5[mm])에 따라 특성을 해석한 결과 두 종류의 회전자 모두 역기전력의 변화는 거의 없었으며, 반경방향력은 약 12∼15[%]로 비슷하게 증가하였다. 코깅토크 특성은 스큐 미적용 회전자가 17[%] 증가한 반면에 스텝스큐 회전자가 약 155[%] 증가하여 스텝스큐 회전자가 민감하게 변함을 알 수 있었다.
- 코깅토크는 회전자 편심에 의해 영향을 받는데, 특히 스텝스큐 회전자 구조가 민감하게 영향을 받음을 알 수 있었다. 스텝스큐 회전자 구조는 각 스텝의 균일한 코깅토크 량과 위상차를 이용하여 상쇄시키는 원리인데, 회전자 편심이 발생될 경우 각 스텝의 코깅토크의 크기가 달라져 상쇄가 되지 않게 되어 증가하게 된다.
- 스텝스큐 회전자 구조는 각 스텝의 균일한 코깅토크 량과 위상차를 이용하여 상쇄시키는 원리인데, 회전자 편심이 발생될 경우 각 스텝의 코깅토크의 크기가 달라져 상쇄가 되지 않게 되어 증가하게 된다. 표 2의 회전자 조건별 해석결과에서 보는 바와 같이 회전자 편심량이 0일때와 0.5일 때의 스큐 미적용 회전자의 코깅토크는 99[mNm]에서 116[mNm]로 약 17[%] 증가되었고, 스텝스큐 회전자의 코깅토크는 3.0[mNm]에서 7.0[mNm]로 약 156[%]증가되었다.
- 한편 각 회전자별로 회전자 편심량(0.5[mm])에 따라 특성을 해석한 결과 두 종류의 회전자 모두 역기전력의 변화는 거의 없었으며, 반경방향력은 약 12∼15[%]로 비슷하게 증가하였다.
- 회전자는 스텝스큐를 적용한 회전자와 미적용 회전자로 구분하였고, 각 회전자 종류 및 편심량에 따라 역기전력, 코깅토크, 반경방향력 특성에 대하여 2차원 유한요소법을 이용하여 해석하였다. 해석결과 스텝스큐 적용 회전자가 스큐 미적용 회전자에 비해 역기전력 특성은 약 3[%], 반경방향력은 4.9[%] 정도 미소하게 감소하는데, 코깅토크 특성은 99[mNm]에서 3[mNm]로 급격하게 감소함을 알 수 있었다. 한편 각 회전자별로 회전자 편심량(0.
- 그림 5는 스텝스큐 회전자의 역기전력 해석파형으로서 점선은 각 스텝별 역기전력 값이고, 실선은 중첩하여 계산된 전체 스텝스큐 회전자의 역기전력 값이다. 회전자 구조에 따른 역기전력 해석 결과, 스텝스큐 적용 회전자의 역기전력 피크치는 3.45[V], 미적용 회전자는 3.56[V]로서 스텝스큐 적용 회전자 역기전력이 약 3[%] 감소되는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 따라서 스텝스큐 회전자 조립은 각 영구자석의 중량, 치수 등의 부품 별 롯트 관리, 조립라인 설비 자동화를 통한 조립 치수관리, 착자 요크의 착자량 관리등 정밀 생산기술이 요구되는 것으로 사료된다. 아울러 부품 공차 및 조립 산포와 코깅토크 특성 민감도에 대해 분석하여 코깅토크 감소 방법에 대한 연구가 필요한 것으로 사료된다.
- 스큐 미적용 회전자의 코깅토크 특성파형은 해석치와 일치하나, 스텝스큐 적용 회전자는 시험치와 오차가 발생하였다. 향후 스텝스큐 회전자에 대해 코깅토크와 설계, 제작변수 민감도에 대한 연구가 필요한 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.