[논문]횡자속 선형전동기의 추력특성에 따른 선형액추에이터의 동특성

우병철; 홍도관; 강도현; 장정환; 김종무

횡자속 선형전동기의 추력특성에 따른 선형액추에이터의 동특성
Dynamic response of linear actuator with the thrust force of transverse flux linear motor 원문보기

우병철 (한국전기연구원) , 홍도관 (한국전기연구원) , 강도현 (한국전기연구원) , 장정환 (한국전기연구원) , 김종무 (한국전기연구원)

선형전동기는 일반적으로 회전형 전동기를 잘라 평면에 펼친 다음 회전형 전동기와 같이 구동할 경우 직선운동을 하는 전동기이다. 회전형 전동기에 비해서 효율특성을 다소 떨어지지만 직선운동을 위한 전동기가 필요할 경우에는 많이 사용하고 있는 실정이며 회전형의 경우 고정자와 회전자의 극간격을 유지하기 위해서 축을 중심으로 구동할 수 있게 제작하고 있는 실정이다. 그러나 선형전동기의 경우 정확한 극간경의 유지를 위해서 LM guide를 사용하는 것이 일반적이며 이로 인해서 고정자회 이동자 사이의 정확한 간격을 유지할 수 있게 된다. 또한 자속의 흐름과 이동자의 이동방향에 따라 일반적으로 선형전동기를 구분하는데 자속의 흐름으로 인해 만들어지는 평면과 이동자가 움직이는 방향이 같은 면 상에 있으면 종자속이라고 하고 횡방향으로 놓여질 경우 횡자속 선형전동기라고 부른다. 본 연구에서는 횡자속 선형전동기에서 발생되는 추력특성을 고려하여 선형액추에이터를 설계할 경우 발생되는 추력읜 불균일성에 대한 내용으로 전동기의 추력 특성 파형에 따른 성형 액추에이터의 동특성을 알아보았다. 특히 액추에이터에서 발생되는 공진특성을 기준으로 불때 같은 에너지로 약 2배의 동특성을 얻을 수 있었고 반력은 거의 같은 특성을 얻을 수 있었다.

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문제 정의

지지부의 반력 특성을 알아보았다. 또한 스프링 강성으로 인해서 얻어지는 액추에이터의 구동 특성이 시스템의 고유진동수와 구동특성에 미치는 영향에 대해서 알아보았다.
본 논문에서는 선형전동기를 이용한 직선운동과 기구적인 공진특성을 이용한 액추에이터의 특성에 대해서 알아보았으며 free piston type의 선형운동을 구속하기 위해서 시스템을 구동 질량과 스프링, 댐퍼로서 구성하고 외부에서 작용하는 압력에 따라 발생하는 액추에이터의 초기구동과 지지부의 반력 특성을 알아보았다. 또한 스프링 강성으로 인해서 얻어지는 액추에이터의 구동 특성이 시스템의 고유진동수와 구동특성에 미치는 영향에 대해서 알아보았다.

제안 방법

C는 감쇠계수이다. 또한 압축과정에서 발생하는 압력변화 및 스프링 강성 등의 영향에 따른 구속력을 고려하였으며 초기 동적특성을 알아보기 위해서 외부에서 가햷지는 선형전동기의 구동력을 적용하여 그 특성을 알아보았다.
특성을 알아보았다. 먼저 정현파의 특성을 알아보고 정현파를 기준으로 앞부분에 험이 큰 경우와 뒤부분에 힘이 큰 경우에 댸한 특성을 알아보고 삼각파의 경우와 비교하였다
본 연구에 사용된 프로그램은 ANSYS를 이용 하였으며 구성된 시스템의 고유잔동수와 스프링 강성의 변화에 따른 액추에이터의 초기 동적특성을 파악하였다. 초기 동적 특성은 액추에이터의 구동에서 발생할 수 있는 변위의 overshooting 문제와 적절한 구동 주파수의 조절 둥에큰 영향을 미치며 외부의 온도변화와 가해지는 압력변화에 따라 구성된 시스템의 호기 구동특성에 큰 영향을 미친다.
횡자속 선형선동기를 이용한 선형액추에이터의 제작에서 전동기에서 발생하는 추력파형을 분석한 결과 정현파에서 조금 외곡된 형태의 추력특성을 기준으로 외곡된형태에 따론 액추에이터이 구동특성을 알아본 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

성능/효과

또한 추력파형에 따른 구동특성에서 정현파에서최대값이 앞부분으로 외곡될수록 더 큰 변위특성을 얻올수 있으며 지지부의 반력에는 큰 변화가 없음을 알 수 있었다.
선형액추에이터의 구동특성은 스프링의 강성에 따라 큰 특성 변화 틀 얻을 수 있었으며 공진점을 기준으로 조금 터 큰 스프링강성에서 우수한 정상구동특성을 얻을 수 있었다. 또한 추력파형에 따른 구동특성에서 정현파에서최대값이 앞부분으로 외곡될수록 더 큰 변위특성을 얻올수 있으며 지지부의 반력에는 큰 변화가 없음을 알 수 있었다.

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