[논문]영구자석형 선형 동기전동기의 skew에 따른 디텐트력 특성해석

장석명; 윤기갑; 서정출; 김상준; 정원욱

영구자석형 선형 동기전동기의 skew에 따른 디텐트력 특성해석
The Detent Force Analysis of Permanent Magnet Linear Synchronous Motor according to the skew 원문보기

장석명 (충남대학교 전기공학과) , 윤기갑 (한전 전력연구원) , 서정출 (충남대학교 전기공학과) , 김상준 (한전 전력연구원) , 정원욱 (한전 전력연구원)

The severe problem in improving the positioning precision of a permanent linear synchronous motor(PMLSM) is the large detent force caused by the PM. It is generally an undesired effect that contributes to the torque ripple, vibration and noise of machine. In this paper, the method to reduce detent force according to the mover skew is studied and analyzed using the analytical method. The analytical results are validated by finite clement analyses.

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문제 정의

본 논문에서는 PMLSM 전기자에 skcw를 주는 방법에 의한 디텐트력 저감법에 대하여 다루었다. skcw에의하여 디텐트력이 크게 감소하였고 공극 수직 자속밀도 성분의 왜곡과 디텐트력이 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.
일반적으로 디텐트력저감을 위해서 공극 자속의 고조파 성분을 줄여 주는 방법이 보편화되어 있으며 이러한 방법으로 영구자석의 형상을 변화시키는 방법, 분할 영구자석을 이용하는 방법, 전기자나 영구자석에 skew를 주는 방법 등이 있다. 본 논문에서는 PMLSM 전기자에 skew를 주는 방법에 의한 디텐트력 저감법을 다루고 있다.

가설 설정

> 가동자 철심은 적충되어 있어 와전류가 유기되지 않는다.
[> 고정자와 가동자의 길이는 무한히 길다.
>영구자석의 비투자율은 1, 가동자 철심의 비투자율은 무한대로 한다.

제안 방법

특히, 영구자석형 회전기에서의 코깅토크와 같이 디텐트렴이 존재하며 이는 전동기 구동시 발생추력의 맥동으로 작용하여 기기의 소음 및 진동을 유발할 뿐만 아니라 기기의 제어성능을저하시키며 특히 정지상태에서의 정밀 위치제어를 어렵계 하는 요인으로 작용되므로 디텐트력 저감 설계가 필요하다- 디텐트력을 저감하는 방법으로는 영구자석 자극 폭 조절법, 영구자석 형상 변화법, 전기자나 영구자석에 shew를 주는 방법 등이 있다[2L 본 논문에서는 이러한디텐트력 저감방법중의 하나인 전기자 skew에 따른 디탠트력 저감에 대해 해석하였다. 직각좌표계에서 공간 고 조파법과 2-D 비퍼미언스를 이용하여 이<cw 유무에 따른 자속밀도 특성을 해석적인 방법으로 구하였고 구해진자속밀도를 이용하여 skew에 따른 디텐트력을 계산하였다. 해석결과는 유한요소 해석결과와 비교하여 타당성을 검증하였다'
따라서, 가동자의 이동 변위가 제한될 뿐만 아니라 회전기에서는 존재치 않는 수직력 멏 단부효과가 존재하므로 설계 시 이러한 성분들을 고려해야 한다. 특히, 영구자석형 회전기에서의 코깅토크와 같이 디텐트렴이 존재하며 이는 전동기 구동시 발생추력의 맥동으로 작용하여 기기의 소음 및 진동을 유발할 뿐만 아니라 기기의 제어성능을저하시키며 특히 정지상태에서의 정밀 위치제어를 어렵계 하는 요인으로 작용되므로 디텐트력 저감 설계가 필요하다- 디텐트력을 저감하는 방법으로는 영구자석 자극 폭 조절법, 영구자석 형상 변화법, 전기자나 영구자석에 shew를 주는 방법 등이 있다[2L 본 논문에서는 이러한디텐트력 저감방법중의 하나인 전기자 skew에 따른 디탠트력 저감에 대해 해석하였다. 직각좌표계에서 공간 고 조파법과 2-D 비퍼미언스를 이용하여 이<cw 유무에 따른 자속밀도 특성을 해석적인 방법으로 구하였고 구해진자속밀도를 이용하여 skew에 따른 디텐트력을 계산하였다.

데이터처리

직각좌표계에서 공간 고 조파법과 2-D 비퍼미언스를 이용하여 이<cw 유무에 따른 자속밀도 특성을 해석적인 방법으로 구하였고 구해진자속밀도를 이용하여 skew에 따른 디텐트력을 계산하였다. 해석결과는 유한요소 해석결과와 비교하여 타당성을 검증하였다';
skcw에의하여 디텐트력이 크게 감소하였고 공극 수직 자속밀도 성분의 왜곡과 디텐트력이 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 해석결과는 유한요소 해석결과와 비교하여 타당성을 검증하였다.

성능/효과

각 그림에서 보여진 것과 같이 가 동자 이동에 따른 수직 자속밀도 변화는 skew의 정도에 따라 변화하며 one slot skew를 갖는 경우에 가장 적은 변화를 보인다. 이와 같은 결과를 통하여 skew의 정도에 따라 디텐트력이 변화하며 one slot skew인 경우 가장 적은 디텐트력이 발생함을 예상할 수 있다.

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