정밀 로봇의 관절, 드론의 로터 아래, 의료 장비의 미묘한 작동에도 핵심 구성 요소가 숨겨져 있습니다. 프레임리스 토크 모터 . 이 중 회전자 자석의 아크 계수는 모터 성능에 영향을 미치는 신비한 힘입니다.
현대 기술에서 프레임리스 토크 모터는 로봇 관절, 의료 로봇 및 드론 추진 시스템의 핵심 구성 요소가 되었습니다. 기존 모터와 달리 프레임리스 토크 모터는 프레임리스 디자인을 채택하여 작은 크기, 가벼운 무게, 낮은 관성 및 컴팩트한 구조를 특징으로 합니다.
모터 성능에 영향을 미치는 많은 요소 중에서 회전자 자석의 아크 계수는 자기장 분포와 전체 모터 성능에 중요한 역할을 합니다. 이 기사에서는 사소해 보이지만 매우 중요한 매개변수에 대한 심층적인 이해를 제공할 것입니다.
01 프레임리스 토크 모터 소개
프레임리스 토크 모터는 새로운 유형의 모터입니다 특수 응용 시나리오를 위해 특별히 설계된 . 기존 모터의 프레임 구조를 제거하고 고정자와 회전자를 고객 장비에 직접 통합합니다.
이 설계는 모터에 더 높은 전력 밀도 와 더 컴팩트한 구조를 제공하므로 공간이 제한된 응용 분야에 매우 적합합니다.
02 아크 계수의 정의와 중요성
아크 계수(또는 극 아크 계수)는 영구 자석 극 아크 길이와 극 피치의 비율을 나타냅니다 . 자극의 적용 범위를 설명하는 중요한 매개변수입니다. 모터 설계에서 아크 계수는 에어 갭 자기장의 분포와 파형에 직접적인 영향을 미치므로 모터의 토크 출력 성능과 작동 원활성에 영향을 미칩니다.
적절한 아크 계수는 공극 자기장 분포를 정현파에 더 가깝게 만들고, 고조파 함량을 줄이고 , 토크 리플을 낮추어 모터의 제어 정확도와 작동 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
연구에 따르면 0.85의 극 아크 계수를 사용하면 상대적으로 이상적인 출력 특성을 얻을 수 있습니다.
03 아크 계수가 자기장 분포에 미치는 영향
아크 계수는 여러 가지 방식으로 모터의 자기장 분포에 영향을 미칩니다.
자속 크기:
아크 계수가 클수록 일반적으로 자석의 단면적이 넓어지므로 더 많은 자속이 생성되어 모터의 출력 토크가 증가합니다.
자기장 파형:
적절한 아크 계수는 에어 갭 자기장 분포를 보다 정현파로 만들고 고조파 함량을 줄여 결과적으로 모터의 토크 리플과 작동 소음을 낮출 수 있습니다.
코깅 토크:
아크 계수의 최적화는 코깅 토크 (고정자 슬롯과 영구 자석 사이의 상호 작용으로 인해 발생하는 주기적인 토크 리플)를 효과적으로 줄일 수 있습니다.
철심 포화:
고정자 치폭과 함께 아크 계수는 모터의 철심 포화 정도에 영향을 미칩니다. 과도한 포화는 모터 토크 특성 곡선의 비선형성을 증가시키고 토크 변동을 증가시킵니다.
04 다른 매개변수와 아크 계수의 상호작용 효과
호 계수는 독립적으로 작용하지 않습니다. 다른 모터 매개변수와 복잡한 상호 작용을 합니다.
표: 다른 매개변수와 아크 계수의 상호 작용 효과
매개변수 이름
상호작용 발현
최적화 제안
극수
극 수를 늘리면 개별 자극의 호가 감소하여 잠재적으로 자속이 감소합니다.
찾습니다 . 최적의 균형을 극수와 호 계수 사이의
고정자 톱니 폭
고정자 톱니 폭은 철심 포화에 영향을 미치는 주요 매개변수이며, 아크 계수와 함께 자기장 분포에 공동으로 영향을 미칩니다.
고정자 치폭과 원호 계수를 동시에 최적화합니다.
에어 갭 길이
에어 갭 길이는 자기 저항에 영향을 미치므로 자속 및 필드 분포에 영향을 미칩니다.
자기장에 대한 에어 갭 길이와 아크 계수의 결합 효과를 고려하십시오.
PM재료
다양한 영구 자석 재료(예: N38EH, N48UH)는 자기 특성이 다르므로 다양한 아크 계수 최적화가 필요합니다.
PM 재료 특성에 따라 아크 계수를 조정합니다.
05 아크 계수의 최적화 방법
아크 계수를 최적화하는 것은 모터 설계의 중요한 부분입니다. 주요 방법은 다음과 같습니다.
유한 요소 분석(FEA):
위해 FEA 소프트웨어를 사용하고 파라메트릭 스캐닝을 통해 최적의 아크 계수를 찾습니다. 정밀한 시뮬레이션을 모터 자기장의
스큐잉(슬롯 또는 폴):
스큐 기술을 사용하면 코깅 토크를 효과적으로 약화시킬 수 있습니다. 아크 계수 최적화와 결합되어 모터 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
보조 슬롯 디자인:
고정자 톱니 팁에 보조 슬롯을 추가하면 자기장 분포를 변경 하고 토크 리플을 줄일 수 있습니다. 연구에 따르면 0.5mm 보조 슬롯을 추가하면 토크 리플을 0.25% 포인트 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.
다중 목표 최적화:
토크 출력, 토크 리플, 철 손실 및 구리 손실에 대한 아크 계수의 영향을 종합적으로 고려하여 여러 성능 요구 사항을 충족하는 최상의 절충안을 찾습니다.
06 실제 적용 및 사례 연구
실제 응용 분야에서는 아크 계수의 최적화로 성능이 크게 향상되었습니다.
로봇식 토크 모터:
연구에 따르면 극 아크 계수 최적화와 같은 조치를 통해 철심 포화가 토크 특성에 미치는 영향을 줄이고 선형성을 개선하며 토크 변동을 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 모터 토크 특성 곡선의
프레임리스 모터 설계:
24슬롯 28폴 설계 및 매개변수 최적화(아크 계수 포함)를 사용하는 협동로봇용 프레임리스 모터는 정격 토크 0.52Nm, 최대 토크 1.2Nm를 달성했으며, 코깅 토크는 0.0047Nm에 불과하여 토크 리플 비율을 1% 미만으로 유지했습니다..
Halbach 어레이 애플리케이션:
기존의 표면 장착형 자석과 비교하여 Halbach 배열이 포함된 회전자 구조를 사용하면 정격 조건에서 토크 상수를 7.6%, 과부하 조건에서 21.6% 증가시킬 수 있습니다.
07 미래 개발 동향
기술 발전으로 프레임리스 토크 모터의 회전자 자석 아크 계수 최적화가 계속해서 진행되고 있습니다.
다중 물리 결합 분석:
향후 최적화에서는 전자기 성능을 고려할 뿐만 아니라 열 성능 및 기계적 응력과 같은 여러 물리적 장의 효과도 통합합니다.
새로운 재료 응용:
새로운 영구 자석 재료의 개발 및 적용은 고온에서 더 나은 감자 방지 성능을 갖춘 자석 재료와 같은 아크 계수 설계에 더 많은 가능성을 제공할 것입니다.
지능형 설계:
사용하여 인공 지능 알고리즘을 아크 계수의 최적화 프로세스를 가속화하고 모터 설계의 자동화 및 최적화를 달성합니다.
맞춤형 솔루션:
다양한 응용 시나리오(예: 로봇 관절, 의료 장비, 드론)의 특성에 맞는 맞춤형 아크 계수 최적화 솔루션을 개발합니다.
아크 계수의 최적화는 프레임리스 토크 모터 설계의 일부일 뿐이지만 시너지 효과 로 더욱 강력하고 정확한 전원을 생성할 수 있습니다. 극 수, 고정자 톱니 폭, 에어 갭 길이와 같은 매개변수와의
앞으로는 신소재와 지능형 설계 기술의 적용으로 아크 계수의 최적화가 더욱 정밀해지고 고정밀 모터 애플리케이션에 대한 새로운 가능성이 열릴 것입니다.
