C. 기타손실 분석
2. 기계 손실
표 4-3. 회전자 풍손 Table 4-2. Rotor Windage
Item
RPM
4,000 500
Nd-bonded Inner Rotor 0.03W
-Nd-bonded Outer Rotor - 0.0001W
(a) Test set
(b) Test equipment loss 그림 4-11. 실험 장비의 기본 손실 Fig. 4-11. Initial Loss of Test Equipment
나. 성능평가 장비의 손실
회전자에 의한 풍손을 무시할 수준이지만 시작품의 성능평가 도중 유의미한 결과를 확인했다. 실험장치의 회전에 의한 손실과 커플링의 풍손이 그것이다. 먼 저 실험 결과값을 그림 4-11에 나타낸다. 그림 4-11(a)에서 Coupling #2를 제 외한 경우의 손실은 4,000rpm에서 약 2W가 발생하며 Coupling #2를 추가할 경 우 2.5W가 발생함을 확인할 수 있다. 장비에서 측정하는 손실은 토크 센서를 기 준으로 좌측의 토크 값과 우측의 토크 값의 차이로 계산한다. 따라서 기준점인 토크 센서의 좌측에 위치한 서보모터 및 Coupling #1은 손실에 기여하지 않고 토크센서 자체의 손실과 Coupling #2의 풍손이 영향을 미치게 된다.
다. 베어링 손실
베어링 손실을 측정하기에 앞서 수식에 기반한 베어링 사이즈에 따른 손실을 비교한다. 시작품 제작에 사용된 베어링은 NSK사의 베어링이며 베어링의 위치 와 크기 정보는 그림 4-12에 나타낸다. 이 중 내측 회전자에 연결된 베어링은 Bearing #2, #3이고 외측 회전자에 연결된 베어링은 Bearing #1, #2, #4이다.
Bearing #2의 경우 내측 회전자와 외측 회전자 모두에 관여함을 알 수 있다. 따 라서 각 베어링의 회전속도를 나타내면 표 4-4와 같다.
표 4-4. 베어링 회전속도
Table 4-3. Bearing Revolution Speed Inner rotor speed
(rpm)
Outer rotor speed (rpm)
Bearing
#1 (rpm)
#2 (rpm)
#3 (rpm)
#4 (rpm)
1,000 125 125 1,125 1,000 125
2,000 250 250 2,250 2,000 250
3,000 375 375 3,375 3,000 375
4,000 500 500 4,500 4,000 500
그림 4-12. 베어링 정보 Fig. 4-12. Bearing Information
표 4-5. 수식에 의한 베어링 손실
Table 4-4. Bearing Loss according to Equation
Inner rotor speed Outer rotor speed
Bearing
#1 #2 #3 #4 Unit
4,000 500 0.17 1.07 2.14 11.92 (W)
베어링의 회전속도에 따른 손실을 분석하기에 앞서 회사에서 제공하는 관련 수식을 분석한다[62]. 베어링 손실
의 수식은 식 (20)~(24)와 같다.
은 베 어링의 하중에 의한 손실이며
는 베어링의 회전속도에 의한 손실이다.
(mNm) (20)
×
(mNm) (21)
×
(mNm) (22)
(23) ×
(24)
: 베어링의 내외 측 중간 직경,
: 축 부하(N),
내측 링의 회전속도,
: 온도에 따른 오일 절대점도(mPas),
: 오일 유속율(kg/min)베어링의 축 방향 부하를 1kg, 오일의 점성을 10mPaㆍs, 유속율을 1.5kg/min 으로 했을 때, 동축 마그네틱 기어의 내측 회전자가 4,000rpm, 외측 회전자가 500rpm으로 동작할 때를 가정하여 각 베어링의 손실을 표 4-5에 나타낸다. 결 과에 따라 베어링의 회전속도 및 베어링의 크기가 베어링의 손실에 큰 영향을 미침을 확인할 수 있다. 하지만 해당 수식의 경우 어떤 베어링을 기반으로 한 것 인지 명시되지 않았으며, 각 베어링별 구체적인 손실공식은 제조사에서 밝히고있 지 않다. 따라서 시작품 제작에 사용된 베어링에 대해 직접 손실을 측정하여 반 영하고자 한다. 그림 4-13은 베어링 손실측정을 위한 장비와 베어링을 나타낸 다. 회전속도에 따른 각 베어링의 손실을 그림 4-14에, 각 베어링 손실의 비율 을 그림 4-15에 나타낸다. 한편 베어링 손실 측정 시에는 실험 장비의 손실이 포함되어 있다. 그림 4-14는 해당 손실이 포함되어 있으며, 그림 4-15 계산 시 에는 해당 손실을 제외하고 반영하였다. 그림 4-15를 통해 전체 베어링 손실 중 #4 베어링이 80% 이상 차지함을 알 수 있다.
(a) Bearing loss measurement set
(b) Bearing #1 (c) Bearing #2
(d) Bearing #3 (e) Bearing #4 그림 4-13. 베어링 손실측정 장비 구성
Fig. 4-13. Configuration of Bearing Loss Measurement Equipment
(a) Bearing #1 (b) Bearing #2
(c) Bearing #3 (d) Bearing #4 그림 4-14. 베어링 손실
Fig. 4-14. Bearing Loss
그림 4-15. 베어링 손실의 비율 Fig. 4-15. Rate of Bearing Loss