Conference: 2024 한국자기학회 동계학술대회
Authors: 이승훈, 임소연, 배병철, 강영재, 임명섭
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동축 자기 기어(CMG)는 기존 기계 기어에 비해 토크 밀도 증가, 효율성 향상, 소음 감소 등 수많은 이점을 제공한다. 유한 요소 해석(FEA)을 사용하여 CMG 의 성능을 정확하게 평가하려면 전기 강판의 자기적 특성을 얻는 것이 필수적이다. 일반적으로 Epstein frame test(EFT)가 사용되지만, 소형 회전 기계 또는 Solid 코어의 경우 간단한 특성과 기하학적 유사성으로 인해 Ring specimen test(RST)가 선호되는 경우가 많다. Fig. 1은 생성된 Ring specimen 과 RST 에서 측정된 자기적 특성 데이터를 보여준다. 그런 다음 자기 특성 데이터는 3차원(3D) FEA 를 통해 CMG 성능을 예측하는 데 사용된다. 이 분석에서 High speed rotor(HSR)와 Low speed rotor(LSR)는 HSR 의 EFT 데이터와 LSR 의 RST 데이터를 사용하여 별도로 평가되며, pole piece 은 EFT 데이터를 기반으로 일정하게 유지된다. Fig. 2에 나타난 바와 같이, EFT 데이터를 활용한 3D FEA 의 결과는 HSR 의 경우 2.47 Nm, LSR의 경우 17.2 Nm 의 토크와 1.15 W 의 철손을 보여준다. 반대로 RST 데이터를 사용하면 HSR 의 경우 2.44 Nm, LSR 의 경우 16.9 Nm 의 토크와 1.59W 의 철손을 보여준다. 3D FEA 결과에서 도출한 예측된 CMG 성능을 검증하기 위해 Fig. 2와 같이 실험을 수행했다. 실험 결과 HSR 의 경우 16.8 Nm, LSR 의 경우 2.45 Nm 의 토크가 나타났다. 실험 데이터와 비교했을 때 토크의 예측 오차는 EFT 데이터를 사용한 경우 HSR 의 경우 1.57 %, LSR 의 경우 2.38 %이고, RST 데이터를 사용한 경우 HSR 의 경우 0.31 %, LSR 의 경우 0.6 %이다. 이는 EFT 데이터보다 RST 데이터를 활용하면 CMG 성과에 대한 예측이 더욱 정확하다는 것을 보여준다.