[논문]장거리 반송용 전기자 분산배치 분포권 PMLSM의 추력맥동 저감을 위한 단부형상 설계

박의종; 김용재

doi:10.13067/jkiecs.2013.8.11.1675

초록
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최근 저소음, 고속, 고추력의 반송장치가 요구됨에 따라 영구자석 선형동기전동기가 대두되고 있으나 반송경로 전장에 전기자를 설치하는 선형 동기전동기의 특성으로 인해 장거리 반송장치에 적용시 설치비용의 증가를 가져온다. 따라서 우리는 전기자를 분산시켜 배치하는 방법을 제안하여 비용증가의 문제점을 해결하고자 하였다. 하지만 가동자의 진행시 분산배치된 전기자 사이를 통과하게 되면 전기자의 불연속 구간인 단부에 의해 디텐트력이 발생하여 추력 맥동이 발생하고 기기 성능저하와 소음, 진동의 원인이 된다. 따라서 본 논문에서는 단부에 의한 영향을 저감하기 위해 전기자 끝단의 치 높이와 보조치 형상에 따른 디텐트력의 특성을 파악하고 다구찌의 실험계획법을 이용하여 단부 효과를 가장 저감할 수 있는 형상을 제안하였다.

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Recently, the permanent magnet linear synchronous motor as low noise, high speed and high thrust force transportation system has been proposed but this motor causes an increase of material cost because of its characteristic arranging the armature on the full length of transportation lines when this ...

Recently, the permanent magnet linear synchronous motor as low noise, high speed and high thrust force transportation system has been proposed but this motor causes an increase of material cost because of its characteristic arranging the armature on the full length of transportation lines when this system is applied to the long distance transportation system. Therefore, we suggested discontinuous arrangement method of the armature to solve this problem. However, Detent force which causes thrust force ripple generating noise, vibration and decline of performance is generated when a mover pass between the armatures. Thus, in this paper, we examined characteristic of detent force to reduce the end edge effect according to the end edge teeth's height and auxiliary teeth and suggested the shape that can the most reduce the detent force.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

현재 이러한 단부의 영향을 저감시키기 위해 영구자석의 스큐, 반폐 슬롯, 치 절단, 보조극, 보조치 설치 등의 다양한 연구가 진행되고 있지만 이들을 조합하여 진행한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 전기자 끝단에 위치한 치 높이를 조절 방법과 전기자 끝단에 보조치를 설치하는 두 방법을 조합하여 단부의 영향을 저감시키는 방법을 제안하였다. 먼저 2-D 유한요소법을 이용하여 단부에서 발생하는 디텐트력을 분석하고 설계변수를 결정한 후, 다구찌의 실험계획법을 바탕으로 한 직교배열표를 작성하고 이 표를 분석하여 단부효과를 가장 저감하는 최적 형상을 설계하고자 한다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 전기자 끝단에 위치한 치 높이를 조절 방법과 전기자 끝단에 보조치를 설치하는 두 방법을 조합하여 단부의 영향을 저감시키는 방법을 제안하였다. 먼저 2-D 유한요소법을 이용하여 단부에서 발생하는 디텐트력을 분석하고 설계변수를 결정한 후, 다구찌의 실험계획법을 바탕으로 한 직교배열표를 작성하고 이 표를 분석하여 단부효과를 가장 저감하는 최적 형상을 설계하고자 한다.
본 논문은 장거리 반송장치용 분포권 PMLSM의 설치비용 절감을 위해 전기자를 분산배치 하는 시스템에서 추력 리플로 작용하여 기기의 운전 특성을 감소시키는 디텐트력을 저감하기 위해 전기자 반출부의 형상을 변화시켰다. 먼저 반출부에 위치한 치의 높이와 보조치의 치수를 A-E까지의 설계변수로 정하였다.

이론/모형

먼저 반출부에 위치한 치의 높이와 보조치의 치수를 A-E까지의 설계변수로 정하였다. 다음으로 다구찌의 실험계획법을 이용하여 디텐트력을 최소로 할 수 있는 형상설계를 진행하였다. 설계변수 중 디텐트력에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 보조치의 높이였으나 추가적인 해석결과 디텐트력의 최소값을 구하기 위해서는 설계변수 A의 영향이 더 크게 작용함을 확인하였다.

성능/효과

설계변수 중 디텐트력에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 보조치의 높이였으나 추가적인 해석결과 디텐트력의 최소값을 구하기 위해서는 설계변수 A의 영향이 더 크게 작용함을 확인하였다. 따라서 설계변수 A=34[mm], B=32[mm], C=10[mm], D=10[mm], E=30[mm]일 때 최대 디텐트력은 7.02[N]으로 기본모델 대비 46.66[%]가 저감되어 단부효과를 개선할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 얻은 결과를 바탕으로 PMLSM의 전기자 분산배치 시 운전특성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.
다음으로 다구찌의 실험계획법을 이용하여 디텐트력을 최소로 할 수 있는 형상설계를 진행하였다. 설계변수 중 디텐트력에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 보조치의 높이였으나 추가적인 해석결과 디텐트력의 최소값을 구하기 위해서는 설계변수 A의 영향이 더 크게 작용함을 확인하였다. 따라서 설계변수 A=34[mm], B=32[mm], C=10[mm], D=10[mm], E=30[mm]일 때 최대 디텐트력은 7.

후속연구

66[%]가 저감되어 단부효과를 개선할 수 있었다. 따라서 본 연구에서 얻은 결과를 바탕으로 PMLSM의 전기자 분산배치 시 운전특성을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.

참고문헌 (8)

M. Karita, "Present Status of Linear Drives for Industry Applications in Japan", Proc. IEEJ conf. Linear Drives for industry applications, pp. 462-467, 2001.
Yong-ho Jeon, Whang Cho, "Nonlinear and Adaptive Back-Stepping Speed Control of IPMSM", The Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 6, No. 6, pp. 855-864, 2011.
Yong-Jin Kim, Young-Chul Bae, Kwang-Heon Kim, "Implementation of Motor Driver for Control of AC Servo Motor of Robot", The Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 7, No. 3, pp. 553-558, 2012.
Yong-Seon Moon, Sang-Hyun Roh, Kwang- Hun Jo, Young-Chul Bae, "Design of Robot Joint Structure using Multiple Motors", The Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 7, No. 2, pp. 417-423, 2012.
Joon-Keun Woo, Gyu-Hong Kang, Jung-Pyo Hong, Gyu-Tak Kim, "Detent force Minimization Techniques in Permanent Magnet Linear Synchronous Motors", IEEE Trans. on Magnetics, Vol. 38, No. 2, pp. 1157-1160, 2002.

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In-Soung Jung, Sang-Baeck Yoon, Jang-Ho Shim, Dong-seok Hyun, "Analysis of forces in a short primary type and a short secondary type permanent magnet linear synchronous motor", IEEE Trans, Energy Convers, Vol. 14, No. 4, pp. 1365-1270, 1999.
Chang-Hwan Kim, "Robust Disturbance Suppression Control for AC Servo Motors", The Journal of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, Vol. 7, No. 4, pp. 839-848, 2012.
Sun Joong Ryu, "BGA Deveop Process Optimization for the Vertical Wet Equipment Using Taguchi Experiment", Journal of the Korean Vacuum Society, Vol. 18, No. 4, pp. 310-317, 2009.

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