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[국내논문] 마그네틱 감속기의 극수비 영향 분석
Analysis of Pole Ratio Effect of Magnetic Reducer 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.1, 2020년, pp.277 - 283  

정광석 (한국교통대학교 기계공학과)

초록
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기계식 기어의 치를 영구자석으로 대체한 동심 마그네틱 기어에서 원주방향을 따라 놓인 모든 자석이 동력 전달에 관여하므로 감속비를 결정하는 자석의 극수비는 마그네틱 기어의 거동 특성에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 극수비를 변화시켜가며 마그네틱 기어에서 생성되는 전달토크의 밀도, 동손을 고려한 토크의 효율, 코깅 특성을 포함한 토크의 품질 등을 유한요소 해석을 이용하여 비교 분석하였다. 구동측의 극수를 2극에서 5극까지 변화시킬 때 전달토크가 최대가 되는 최적의 극수비가 존재함을 확인하였으며 이는 모듈레이터를 통한 구동측 자기장의 필터링 성분에 직접적인 영향을 받다. 전달 효율 역시 와전류 생성 밀도와 자기장간에 비례특성이 있으므로 전달 토크 밀도와 유사한 경향을 나타내는 것을 알 수 있으며 낮은 기어비에서는 95% 이상의 효율을 보인다. 제한된 극수를 갖는 영구자석의 상호작용에 기인하는 코깅 특성은 일반적인 동기 모터에서와 같이 구동측 자석의 개수와 모듈레이터 치의 개수간의 최소공배수에 반비례하는 것을 확인할 수 있었다. 전달 토크 평가를 위해 실제 시험 모델이 제작되었고 실증시험이 진행되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In a concentric magnetic gear, which replaces the teeth of a mechanical gear with a permanent magnet, the polar ratio of the magnet that determines the reduction ratio affects the behavior of the magnetic gear dramatically. This study analyzed the density of transmission torque, the efficiency of to...

Keyword

#Air-Gap Magnetic Field   #Harmonic Analysis   #Magnetic Reducer   #Torque Ripple   #Transmission Efficiency  

표/그림 (18)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 일반적으로 높은 전달 효율을 낳는 극수비 범위가 있는 것으로 알려져 있으나 이의 근거가 되는, 극수비와 관련한 다양한 민감도 해석에 관한 연구 결과는 보고된 적이 없다. 본 연구는 MG 의 PM 극수에 따른 동력 전달 특성에 관한 분석 결과를 다루고 있다. 극수비는 단순히 감속비만을 결정하는 것이 아니라 생성 토크의 크기나 리플 등의 특성에도 영향을 미치며 특히 전달 효율에 미치는 영향이 다대하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
동심 마그네틱 기어이란? 동심(concentric) 마그네틱 기어(MG: Magnetic Gear, 이하 MG)는 영구자석(PM: Permanent Magnet,이하 PM) 레이어 사이에 고조파 모듈레이터를 두고 이를 통해 각 레이어의 자기장을 필터링하여 공극 자기장을 동기화시키는 동력 전달 장치이다[1]. MG는 소수의 치 (tooth)만이 동력 전달에 관여하는 기계식 감속기와는 달리 모든 PM이 동력 전달에 이용되므로 비접촉 방식임 에도 1단 헬리컬 감속기의 토크 전달 밀도에 달하는 성능을 갖는 연구 결과도 보고되고 있다[2].
마그네틱 기어의 거동 특성에 큰 영향을 미치는 요인은? 기계식 기어의 치를 영구자석으로 대체한 동심 마그네틱 기어에서 원주방향을 따라 놓인 모든 자석이 동력 전달에 관여하므로 감속비를 결정하는 자석의 극수비는 마그네틱 기어의 거동 특성에 큰 영향을 미친다. 본 논문에서는 극수비를 변화시켜가며 마그네틱 기어에서 생성되는 전달토크의 밀도, 동손을 고려한 토크의 효율, 코깅 특성을 포함한 토크의 품질 등을 유한요소 해석을 이용하여 비교 분석하였다.
극수비 변화에 따른 제 특성 분석 결과 코깅 리플 크기는 어떻게 나타나는가? 넷째, 동일한 감속비를 갖는 다양한 극수 조합의 코깅 리플 크기는 구동원 극수와 모듈레이터 잇수의 최소공배수에 반비례한다.
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참고문헌 (10)

  1. P. Rasmussen, T. Andersen, F. Joergensen, O. Nielsen, "Development of a high-performance magnetic gear", IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 41, No. 3, pp. 764-770, 2005. DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2003.1257784 

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  2. K. Atallah, S. Calverley, D. Howe, "Design, analysis and realization of a high-performance magnetic gear", IEE Proc. of the Electric Power Applications Conference, Vol. 151, No. 2, pp. 135-143, 2004. DOI: https://doi.org/10.1049/ip-epa:20040224 

  3. S. J. Lee, K. S. Jung, "Characteristic study of a magnet gear speed reducer with a unified harmonic modulator", J. of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 24, No. 3, pp. 348-354, 2015. DOI: https://doi.org/10.7735/ksmte.2015.24.3.348 

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  4. D. Evans, Z. Zhu, "Influence of design parameters on magnetic gear's torque capability", 2011 IEEE Inter. Electric Machines & Drives Conference(IEMDC), Niagara Falls, pp. 1403-1408, 2011. DOI: https://doi.org/10.1109/IEMDC.2011.5994813 

  5. L. Jing, L. Liu, M. Xiong, D. Feng, "Parameter analysis and optimization design for a concentric magnetic gear based on sinusoidal magnetization", IEEE Trans. on Applied Superconductivity, Vol. 24, No. 5, pp. 1-5, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/TASC.2014.2340460 

  6. L. Jian, K. Chau, "Analytical calculation of magnetic field distribution in coaxial magnetic gears", Prog. in Electromagnetic Research, Vol. 92, pp. 1-16, 2009. DOI: https://doi.org/10.2528/PIER09032301 

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  7. K. S. Jung, "Characteristics of the double reduction gearing system using magnetic gears", J. of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, Vol. 27, No. 5, pp. 417-423, 2018. DOI: https://doi.org/10.7735/ksmte.2018.27.5.417 

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  8. N. Niguchi, K. Hirata, M. Muramatsu, Y. Hayakawa, "Transmission torque characteristics in a magnetic gear", Int. Conf. on Electr. Machines(ICEM), pp. 1-6, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/ICELMACH.2010.5608143 

  9. K. J. Meessen, J. H. Paulides, E. A. Lomonova, "Force calculations in 3D cylindrical structures using fourier analysis and the maxwell stress tensor", IEEE Trans. on Magnetics, Vol. 48, No. 1, pp. 536-545, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/TMAG.2012.2206821 

  10. L. Jian, K. Chau, "A coaxial magnetic gear with halbach permanent magnet arrays", IEEE Trans. on Magnetics, Vol. 45, No. 10, pp. 4526-4529, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2010.2046997 

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