[논문]항공용 모터 조립체의 전자기 간섭 감쇠 방안

김지흥; 유홍균; 박범준; 박영주

doi:10.12673/jant.2018.22.5.351

항공용 모터 조립체의 전자기 간섭 감쇠 방안
Electromagnetic Interference Suppression Method of Motor Assembly for Aircraft Application 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.22 no.5 = no.92, 2018년, pp.351 - 358

김지흥 (국방과학연구소) , 유홍균 (국방과학연구소) , 박범준 (국방과학연구소) , 박영주 (국방과학연구소)

초록
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본 연구에서는 개발된 모터 조립체의 누설 잡음신호 감쇠 방안을 시험을 통해 제안한다. 개발된 장치는 항공기 외부에 장착되어 안테나를 회전시키기 위한 장치로서 전자기 간섭 측면에서 MIL-STD-461F의 RE102 요구규격을 충족해야한다. RE102 시험결과를 통해 장치의 누설 잡음신호가 전원 및 제어 케이블을 통한 외부 유입과 모터 회전에 의해 발생됨을 확인하였다. 그리고 회전을 위해 내 외부의 물리적 차폐가 어려운 부분에서 잡음신호가 누설됨을 확인하였다. 누설 잡음신호에 대한 감쇠를 위해 장치 동작을 고려한 전기적 접지 보강, 전기적 차폐 구조를 적용하여 시험을 수행했고 규격 충족 여부를 확인하였다. 최종적으로 잡음누설 경로에 맞물리는 형태를 갖는 원형 주름 초크 구조와 전도성 그리스를 함께 적용하여 요구규격을 충족함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we propose a method of suppressing the leakage noise signal of motor assembly through the test. The motor assembly is mounted on outside of the aircraft to rotate an antenna and must satisfy RE102 requirement on MIL-STD-461F in terms of electromagnetic interference. It is confirmed by RE102 test result hat the leakage noise signal of the equipment occurs due to external influx through the power and control cable and rotation of the motor. And it is ascertained that the part where internal/external physical shielding is difficult to rotate is the leakage path. To reduce the leakage noise signal, the electrical ground reinforcement and the electric shielding structure considering the operation of the equipment is applied and it is verified that the requirement is satisfied. Finally, we verified that required specification are met by applying circular corrugated choke with interlocking shapes and conductive grease to the noise leakage path.

주제어

표/그림 (13)

그림 그림 1. 장치의 단면도 Fig. 1. Cross section view of the equipment.
그림 그림 2. 항공기 및 우주시스템의 RE102 제한치 Fig. 2. RE102 limits for aircraft and space system applications.
그림 그림 3. RE102 시험구성 Fig. 3. Configuration of the RE102 test.
그림 그림 4. RE102 (수직편파, 2 ~ 1000 MHz) 시험결과 Fig. 4. RE102 test result. (Vertical polarization, 2 ~ 200 MHz)
그림 그림 5. 슬립링 적용 형상 및 시험결과 Fig. 5. Configuration and test result of the equipment with slip ring.
그림 그림 6. 전도성 가스켓 적용 형상 및 시험결과 Fig. 6. Configuration and test result of the equipment with conductive gaskets.
그림 그림 7. 볼 플랜저 적용 형상 Fig. 7. Configuration of the equipment with ball plunger.
그림 그림 8. 볼 플랜저를 적용한 장치의 RE102 시험결과 Fig. 8. RE102 test results of the equipment with ball plunger.
그림 그림 9. 턴테이블 베이스와 볼 플랜저의 마모 Fig. 9. Configuration of abrasion of turn table base and ball plunger.
그림 그림 10. 원형 주름 초크 적용 형상 및 시험결과 Fig. 10. Configuration and test result of the equipment with circular corrugated choke.
그림 그림 11. 원형 주름 초크와 전도성 그리스 적용 단면도 Fig. 11. Cross section view of the equipment with circular corrugated choke and conductive grease.
그림 그림 12. 원형 주름 초크와 전도성 그리스를 적용한 장치의 RE102 시험결과 Fig. 12. RE102 test results of the equipment with circular corrugated choke and conductive grease.
표 표 1. 잡음신호 감쇠방안 및 시험결과 Table 1. Method for reducing noise signal and the test result.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 공군용 항공기에 장착하여 안테나를 회전시키기 위해 개발한 장치에 대한 누설 잡음신호 감쇠방안을 시험을 통해 제안하였다. 시험을 통해 누설 잡음신호원이 외부 입력 케이블을 통한 유입과 모터 회전에 의해 발생됨을 확인하였다.
본 연구에서는 항공기 외부에 장착되어 안테나를 회전시키기 위해 개발한 모터 조립체(이하 ‘장치’)의 누설 잡음신호 감쇠방안을 시험을 통해 제안한다.
이상으로 장치의 잡음신호 감쇠를 위한 방안들과 그 결과에 대해 기술하였다. 장치의 운용을 위해 고려해야할 성능과 함께 RE102 요구규격을 충족하는 방안은 원형 주름 초크와 전도성 그리스를 적용한 방안임을 시험결과를 통해 확인하였다.

제안 방법

본 연구에서는 항공기 외부에 장착되어 안테나를 회전시키기 위해 개발한 모터 조립체(이하 ‘장치’)의 누설 잡음신호 감쇠방안을 시험을 통해 제안한다. 개발된 장치는 정밀한 회전 제어와 항공기 장착을 고려하여 경량 및 소형, 저소비전력 특성을 갖는 직접구동(direct drive) 방식의 모터를 적용하였다. 장치는 타 장치들과의 전자기 적합성(EMC; electromagnetic compatibility)을 위해 내·외부가 차폐된 금속 하우징을 적용하였으며, 전원으로부터 입력되는 잡음신호 차단을 위해 전원부에 EMI (electromagnetic interference) 필터를 설치하였다.
다음은 모터의 회전에 의한 잡음신호 영향을 확인하기 위해 베이스 플레이트와 턴테이블 사이를 차폐하여 RE102 시험을 수행했다. 그림 6(a), (b)는 턴테이블 베이스와 베이스 플레이트 사이에 전도성 가스켓을 적용한 단면도와 사진을 보여주고, 그전도성 가스켓이 적용되지 않은 시험결과(그림 4)와 슬립링을 적용한 시험결과(그림 5(c))들과 비교하면 잡음신호의 세기가 전반적으로 감소하여 시험 주파수 전 대역에서 요구 규격을 충족함을 확인할 수 있다.
다음은 잡음 누설경로에 대한 완전한 전기적 차폐를 위해 이전 장에서 구성한 원형 주름 초크 내부에 전도성 그리스(conductive grease)를 적용하였다. 적용된 전도성 그리스는 항공용 제품에 요구되는 환경규격을 충족하고, 장시간의 교환주기를 갖는 제품(Chemtronics社의 CW7100[5])을 사용하였다.
다음은 잡음 누설경로의 외부 개구면적을 최소화하고 누설 경로의 길이를 증가시켜 외부로 누설 잡음신호의 세기를 감소시키기 위한 원형 주름 초크(corrugated choke) 구조를 적용하였다. 그림 10(a), (b)는 원형 주름 초크가 적용된 장치의 단면도와 형상을 보여준다.
볼 플랜저는 베이스 플레이트 내측에 90 ° 간격으로 총 4곳에 설치했고, 볼 플랜저의 볼을 턴테이블 베이스와 맞닿도록 설치하여 턴테이블이 회전할 때에도 턴테이블과 턴테이블 베이스 사이의 접지가 유지될 수 있도록 하였다.
볼 플랜저는 베이스 플레이트의 내측에 90 ° 간격으로 총 4곳에 설치했으며, 볼 플랜저의 볼을 턴테이블 베이스와 맞닿도록 설치하여 턴테이블이 회전할 때에도 턴테이블과 턴테이블 베이스 사이의 접지가 유지될 수 있도록 하였다.
우선 외부 입력 신호에 의한 영향을 확인하기 위해 전원 및제어 케이블이 위치한 부분을 전기적으로 차폐한 후, RE102 시험을 수행하였다. 그림 5(a), (b)는 슬립링(slip ring)을 적용한 장치의 단면도와 사진을 보여준다.
장치는 타 장치들과의 전자기 적합성(EMC; electromagnetic compatibility)을 위해 내·외부가 차폐된 금속 하우징을 적용하였으며, 전원으로부터 입력되는 잡음신호 차단을 위해 전원부에 EMI (electromagnetic interference) 필터를 설치하였다.
그리고 누설경로가 회전을 위해 내·외부의 물리적 차폐가 불가능한 부분임을 확인하였다. 장치의 동작을 고려한 누설 잡음신호 감쇠방안으로 우선 전기적 접지 보강을 위한 볼 플랜저를 적용하였다. 시험결과는 요구조건을 충족했지만, 부품과 장치에 마모가 발생하여 적용이 불가하였다.
그림 8은 볼 플랜저를 적용한 장치의 RE102 시험결과를 보여준다. 측정은 안테나의 제한으로 인해 수직편파는 2 MHz ~ 18 GHz, 수평편파는 30 MHz ~ 18 GHz에 대해 수행하였다. 시험결과를 보면 수직·수평편파 모두 전 주파수 대역에서 규격을 충족함을 확인할 수 있다.
그림 8은 볼 플랜저를 적용한 장치의 RE102 시험결과를 보여준다. 측정은 안테나의 제한으로 인해 수직편파는 2 MHz ~ 18 GHz, 수평편파는 30 MHz ~ 18 GHz에 대해 수행하였다. 시험결과를 보면 수직·수평편파 모두 전 주파수 대역에서 규격을 충족함을 확인할 수 있다.

대상 데이터

다음은 잡음 누설경로에 대한 완전한 전기적 차폐를 위해 이전 장에서 구성한 원형 주름 초크 내부에 전도성 그리스(conductive grease)를 적용하였다. 적용된 전도성 그리스는 항공용 제품에 요구되는 환경규격을 충족하고, 장시간의 교환주기를 갖는 제품(Chemtronics社의 CW7100[5])을 사용하였다. 그림 11 은 원형 주름 초크 내부에 전도성 그리스가 적용된 장치의 단면 도를 보여준다.

성능/효과

그리고 누설경로가 회전을 위해 내·외부의 물리적 차폐가 불가능한 부분임을 확인하였다.
그림 4는 수직편파, 2 ~ 1000 MHz 주파수 대역에 대한 장치의 RE102 시험결과를 보여준다. 시험결과를 보면 11 MHz 부근, 70 ~ 200 MHz 사이, 400 MHz 부근에서 잡음신호가 요구 규격을 초과했고 40 ~ 200 MHz, 360 MHz 부근에서는 요구되는 마진을 충족하지 못했다. 요구규격 충족을 위해서는 잡음신호가 발생하는 부분을 확인한 후, 적합한 전기적 차폐방안을 적용 해야한다.
그림 10(c)는 원형 주름 초크 구조가 적용된 장치의 수직편파, 2 ~ 200 MHz 주파수 대역에 대한 RE102 시험결과를 보여 준다. 시험결과를 보면 3 MHz 이하와 10 MHz에서는 잡음신호 세기가 잡음신호 감쇠방안이 적용되지 않는 시험결과(그림 4) 보다 증가하여 요구 마진 및 규격을 충족하지 못했다. 그리고 기존 11 MHz 부근에서 발생했던 잡음신호는 약 15 MHz로 주파수를 이동하여 발생했다.
그림 5(c)는 슬립링이 적용된 장치의 수직편파, 2 ~ 200 MHz 주파수 대역에 대한 RE102 시험결과를 보여준다. 시험결과를 보면 70 ~ 200 MHz 사이, 400 MHz 의 잡음신호는 세기가 감소 하여 요구 규격을 충족했지만, 11 MHz 부근의 잡음신호 세기는 적용 전과 동일하게 변화가 없는 것을 확인할 수 있다.
시험결과를 보면 수직·수평편파 모두 전 주파수 대역에서 규격을 충족함을 확인할 수 있다.
시험결과를 보면 수직편파의 5GHz 부근의 주파수에서 잡음신호 세기가 증가하지만 요구 마진 이하의 세기를 충족하며, 수직·수평편파 모두 전 주파수 대역에서 규격을 충족함을 확인할 수 있다.
시험결과를 통해 70 ~ 200 MHz 사이의 잡음신호원은 전원및 제어 케이블 부분이며, 케이블을 통해 외부로부터 유입되는 잡음신호가 존재함을 알 수 있다.
본 연구에서는 공군용 항공기에 장착하여 안테나를 회전시키기 위해 개발한 장치에 대한 누설 잡음신호 감쇠방안을 시험을 통해 제안하였다. 시험을 통해 누설 잡음신호원이 외부 입력 케이블을 통한 유입과 모터 회전에 의해 발생됨을 확인하였다. 그리고 누설경로가 회전을 위해 내·외부의 물리적 차폐가 불가능한 부분임을 확인하였다.
위의 두 시험결과를 통해 장치의 잡음신호는 외부 입력과 내부 발생이 원인이며, 잡음신호의 누설 경로는 모터의 회전을 위해 물리적 차폐가 어려운 턴테이블과 턴테이블 베이스 부분임을 확인하였다. 따라서 장치에 요구되는 RE102 규격 충족을 위해서는 해당 지점에 대한 전기적 차폐 방안을 적용해야한다.
장치의 RE102 시험 수행 전, 장치에 전원이 인가된 상태에서 측정한 주위 잡음(ambient noise)이 요구 규격 이하이고 시험 대상 외 장치 및 케이블들이 RE102 요구 규격을 충족하는 것을 확인하였다. 장치의 RE102 시험은 장치의 출력 잡음신호가 최대가 될 수 있도록 장치 최대 동작 조건인 200 RPM (revolution per minute) 을 기준으로 하였다.
이상으로 장치의 잡음신호 감쇠를 위한 방안들과 그 결과에 대해 기술하였다. 장치의 운용을 위해 고려해야할 성능과 함께 RE102 요구규격을 충족하는 방안은 원형 주름 초크와 전도성 그리스를 적용한 방안임을 시험결과를 통해 확인하였다. 표 1 에는 적용한 잡음신호 감쇠방안들과 그 결과를 정리하였다.

후속연구

본 연구에서 제안한 모터의 전자기 간섭 감쇠 방안은 모터가 적용된 다양한 장치에 적용하여 내·외부의 전기적 차폐를 통해 전자기 간섭 요구 조건을 충족할 수 있을 것이라 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사잡음 관련 요구규격을 충족시킬 수 있는 방법과 그 단점은 무엇인가?	모터의 경우, 외부로 돌출되어 회전하는 샤프트(shaft)부분은 내·외의 물리적 차폐가 불가능하여 내부 잡음신호의 누설로 인해 방사잡음(RE; radiation emission) 관련 요구규격을 충족시키기 어렵다. 이는 해당 부분에 금속 베어링(bearing) 또는 부싱 (bushing)을 적용하여 접지 확보를 통해 누설 잡음신호 레벨을 감쇠시킬 수 있지만 마찰로 인해 부품과 모터에 마모 및 파손이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 일반적으로 모터에 적용하는 전자파 간섭 제거 방안으로는 모터의 동작시 내부에서 발생하는 잡음 신호의 누설을 방지하기 위한 금속 재질의 하우징(housing)과 엔드 캡(end-cap) 적용, 하우징 표면의 전류 흐름을 고려한 벤트 홀(vent hole) 형상변경 및 배치, 인덕턴스(inductance) 및잡음 발생 제거를 위한 전원선 배치 및 전원을 통한 잡음 인입 방지용 필터 적용 등이 있다.
	군사표준서 MIL-STD-461F의 전자파 규정 항목은 무엇인가?	군용으로 개발된 전자장비들은 장비의 신뢰성 확보와 타 장비들과의 전자파 간섭을 최소화하기 위해 미국 최신 군사표준서 MIL-STD-461F의 관련 요구규격들을 충족시켜야 한다[1]. 규격서는 전자파의 전달 경로인 방사(radiation)와 전도(conductive)조건에서 방출(emission)과 감응성(susceptibility)에 대한 규격을 규정하고 있다.
	일반적으로 모터에 적용하는 전자파 간섭 제거 방안은 어떤 것이 있는가?	이는 해당 부분에 금속 베어링(bearing) 또는 부싱 (bushing)을 적용하여 접지 확보를 통해 누설 잡음신호 레벨을 감쇠시킬 수 있지만 마찰로 인해 부품과 모터에 마모 및 파손이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 일반적으로 모터에 적용하는 전자파 간섭 제거 방안으로는 모터의 동작시 내부에서 발생하는 잡음 신호의 누설을 방지하기 위한 금속 재질의 하우징(housing)과 엔드 캡(end-cap) 적용, 하우징 표면의 전류 흐름을 고려한 벤트 홀(vent hole) 형상변경 및 배치, 인덕턴스(inductance) 및잡음 발생 제거를 위한 전원선 배치 및 전원을 통한 잡음 인입 방지용 필터 적용 등이 있다. 그리고 PWM (pulse width modulation) 제어방식의 DC (direct current)모터의 경우 스위칭 회로에 대한 튜닝을 통한 잡음신호 감쇠 방안이 적용된다[2]-[4].

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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