Recently, there has been an increasing interest in the non-contact power transmission method of magnetic gears. Since there is no mechanical contact, noise caused by friction can be reduced, and even if a sudden large force is applied, the impact of the gear is close to zero. Further, since the powe...
Recently, there has been an increasing interest in the non-contact power transmission method of magnetic gears. Since there is no mechanical contact, noise caused by friction can be reduced, and even if a sudden large force is applied, the impact of the gear is close to zero. Further, since the power is transmitted by the magnetic flux, it has high reliability. However, there is a problem that a loss due to a magnetic field due to use of a magnetic flux. The loss caused by the magnetic field of the magnetic gear is a joule loss called eddy current loss. In addition, the eddy current loss in the magnetic gear largely occurs in the permanent magnet, but it is a fatal loss to the permanent magnet which is vulnerable to heat. Particularly, magnetic gears requiring high torque density use NdFeB series permanent magnets, and this permanent magnets have a characteristic in which the magnetic force decreases as temperature increases. Therefore, in this paper, the eddy current loss of the permanent magnet according to the permanent magnet attaching method is analyzed in order to reduce the eddy current loss of the permanent magnet. We have proposed a structure that can reduce the eddy current loss through the analysis and show the effect of reducing the loss of the proposed structure.
Recently, there has been an increasing interest in the non-contact power transmission method of magnetic gears. Since there is no mechanical contact, noise caused by friction can be reduced, and even if a sudden large force is applied, the impact of the gear is close to zero. Further, since the power is transmitted by the magnetic flux, it has high reliability. However, there is a problem that a loss due to a magnetic field due to use of a magnetic flux. The loss caused by the magnetic field of the magnetic gear is a joule loss called eddy current loss. In addition, the eddy current loss in the magnetic gear largely occurs in the permanent magnet, but it is a fatal loss to the permanent magnet which is vulnerable to heat. Particularly, magnetic gears requiring high torque density use NdFeB series permanent magnets, and this permanent magnets have a characteristic in which the magnetic force decreases as temperature increases. Therefore, in this paper, the eddy current loss of the permanent magnet according to the permanent magnet attaching method is analyzed in order to reduce the eddy current loss of the permanent magnet. We have proposed a structure that can reduce the eddy current loss through the analysis and show the effect of reducing the loss of the proposed structure.
본 논문은 기계식 기어의 접촉에 의한 마찰, 소음, 윤활유, 진동, 마모 등의 문제점으로부터 자유로운, 자기적 결합에 의한 비접촉식 마그네틱 기어의 영구자석 와전류 손실에 대해 분석하였다. 와전류 손실은 자속의 변화에 따라 발생하는 손실로, 마그네틱 기어에서는 자속의 변화가 빈번한 Pole piece 부근에서 손실이 발생함을 예상하였다.
제안 방법
본 연구팀은 마그네틱 기어에서 발생하는 영구자석의 와전류 손실을 저감하기 위해 연구를 수행하던 중, 이너로터의 표면에 부착된 영구자석의 와전류 손실 분포가 균일하지 않다는 점에 대해 관심을 가졌다. 따라서 본 논문에서는 먼저 마그네틱 기어의 영구자석에서 와전류 손실이 어떻게 분포하고 있는지에 대한 분석을 수행하고 이러한 분포에 영향을 미치는 요인을 도출하였다. 다음으로 그 요인을 조절함에 따라 와전류 손실을 최소화 할 수 있는 마그네틱 기어의 구조를 제안하였다.
따라서 본 논문에서는 먼저 마그네틱 기어의 영구자석에서 와전류 손실이 어떻게 분포하고 있는지에 대한 분석을 수행하고 이러한 분포에 영향을 미치는 요인을 도출하였다. 다음으로 그 요인을 조절함에 따라 와전류 손실을 최소화 할 수 있는 마그네틱 기어의 구조를 제안하였다. 각 모델의 분석은 2D 유한요소법을 기반으로 한 수치해석을 사용하여 나타내었다.
다음으로 그 요인을 조절함에 따라 와전류 손실을 최소화 할 수 있는 마그네틱 기어의 구조를 제안하였다. 각 모델의 분석은 2D 유한요소법을 기반으로 한 수치해석을 사용하여 나타내었다.
대상 데이터
마그네틱 기어의 기본모델과 토크특성을 그림 1과 그림 2에 나타낸다. 기본모델의 마그네틱 기어는 영구자석을 회전자 표면에 부착한 SPM-type이며 내측 회전자의 극수는 4극, 외측 회전자의 극수는 40극으로 1:10의 기어비를 갖는다. 기본모델의 자세한 특성은 표 2에 나타낸다.
성능/효과
기본모델(SPM-type)의 영구자석 와전류 손실해석을 통해, Pole piece 부근의 손실이 상승함을 확인하였다. 따라서 자속의 변화가 상대적으로 낮은 회전자의 내측으로 영구자석을 배치한 결과, 제안된 모델에 따라 각각 59.56%, 64.85%의 와전류 손실 저감율을 나타내었다. 영구자석의 위치했던 영역에 철심이 위치함에 따라 철심의 와전류 손실이 상승할 것으로 예상할 수 있지만 철심의 경우 성층을 통한 와전류 손실저감대책이 적용된 구조이기 때문에 손실 증가율이 영구자석의 손실 감소에 비해 미미할 것으로 판단되어, 본 논문에서는 분석대상에서 제외하였다.
결과적으로 자속의 변화가 빈번한 Pole piece 부근에 자석이 위치할 경우, 영구자석은 와전류에 직접적으로 노출되어 영구자석 온도상승에 따른 감자가 발생하고 출력의 감소로 이어질 수 있기 때문에 내측 회전자의 영구자석은 Pole piece 영역과 이격된 위치에 배치하는 것이 와전류 손실 저감 및 출력 증대에 유리할 것으로 판단된다.
후속연구
또한 내측 회전자의 영구자석 와전류 손실의 저감은 외측 회전자의 영구자석 와전류 손실의 저감까지 초래하게 되었는데 이 부분에 대한 분석은 추가적인 연구를 통해 규명하고자 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마그네틱 기어 동력 전달 방식의 특징은?
마그네틱 기어는 영구자석의 자기력을 통해 기어의 특성을 나타내는 장치이다. 입력 및 출력 회전자에 영구자석이 부착되어 있으며 기계적인 접촉이 없이 자기적인 결합을 이용하여 동력을 전달한다. 동력전달 방식으로 인해 기계식 기어의 마찰에 의한 소음 및 마모의 문제점을 해결할 수 있고 유지보수비용이 적게 들어간다.
마그네틱 기어란?
마그네틱 기어는 영구자석의 자기력을 통해 기어의 특성을 나타내는 장치이다. 입력 및 출력 회전자에 영구자석이 부착되어 있으며 기계적인 접촉이 없이 자기적인 결합을 이용하여 동력을 전달한다.
자계에 의한 손실에는 어떤 것들이 있는가?
자계에 의한 손실은 와전류 손실과 히스테리시스 손실이 있으며 이들을 철손이라 한다. 일반적으로 사용되는 전기기기들은 교류전원을 사용하기 때문에 전원에 의해 발생하는 자계도 교류와같이 교번하는 특성을 갖는다[3-5].
참고문헌 (6)
Yao, Y. D., Huang, D. R., Hsieh, C. C., Chiang, D. Y., Wang, S. J., and et al., "The Radial Magnetic Coupling Studies of Perpendicular Magnetic Gears," IEEE Trans. on Magnetics, vol. 32, no. 5, pp. 5061-5063, 1996.
N. Niguchi, K. Hirata, E. Morimoto, Y. Ohno, "Magnetizing Directions of the Permanent Magnets of the Magnetic-Geared Motor," International Conference on Electrical Machines(ICEM)2014, pp. 1279-1285.
K. Atallah, S.D. Calverley, D. Howe, "Design, analysis and realisation of a highperformance magnetic gear," IEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 151, No. 2, pp. 135-143, 2004.
K. Atallah, D. Howe, "A novel high-performance magnetic gear," IEEE Trans. Magn., Vol. 37, No. 4, pp. 2844.2846, 2001.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.