1.계단형 보조치의 Y길이 조정
다음은 단부에서 발생하는 코깅력을 저감하기 위해 기존 보조치의 형태 에서 변형된 계단형 보조치를 제안한다.그림 34에 계단형 보조치를 설치 한 제안 모델을 나타낸다.계단형 보조치는 보조치에서 조정한 X,Y,D의 길이에 추가로 Z길이를 선정해야한다.단부코깅력의 크기가 가장 저감되 는 계단형 보조치의 형태를 실험을 통해 산출하였다.
Fig.31Stairshapeauxiliaryteethinstalledmodels
보조치의 실험과 마찬가지로 Y길이를 선정하도록 한다.이때,X,D길이 는 보조치의 실험결과를 통해 산출된 3[mm],9[mm]로 고정,Z길이는 임 의의 변수인 2[mm],단수는 3단으로 고정하고 실험을 행하였다.그림 32 에 계단형 보조치의 Y길이를 조정한 제안모델을 그림 33은 계단형 보조 치의 Y길이를 조정한 경우 단부코깅력 파형을 나타낸다.기존 보조치의 Y길이는 17[mm]에서 단부코깅력이 가장 저감되었지만,계단형 보조치는 18[mm]에서 가장 저감됨이 확인 되었다.Y=18[mm]인 모델은 Proposed model#2로 단부에서 발생하는 코깅력은 17.22[N]이 발생하였다.
(a)Proposedmodel#1 (b)Proposedmodel#2 (c)Proposedmodel#3
Fig.32ShapeofStairshapeauxiliaryteethincaseofadjusting Y-length
Fig.33Waveformsofoutletedgecoggingforceincaseofadjusting Y-lengthofStairshapeauxiliaryteeth
2.계단형 보조치의 D길이 조정
X,Y,Z 길이는 각각 3[mm],18[mm],2[mm]로 고정하고 계단형 보조 치의 D길이를 조정한다.그림 34에 D길이를 조정한 제안모델을 그림 35 에 D길이를 조정한 경우 단부코깅력 파형을 나타낸다.기존 보조치 제안 모델은 최적의 D길이가 9[mm]였다.하지만,보조치를 계단형으로 변형시 킨 경우 단부코깅력이 가장 저감된 D의 길이는 12[mm]로 변화함이 확인 되었다. D의 길이가 12[mm]인 Proposed model #5의 단부코깅력은 15.23[N]으로 기본모델에 비해 49[%]감소 하였으며,기존의 보조치 모델 보다 24[%]감소하여,계단형 보조치의 D길이를 조정한 모델중 단부코깅 력의 크기가 가장 저감됨을 확인 하였다.
(d)Proposedmodel#4 (e)Proposedmodel#5 (f)Proposedmodel#6
Fig.34ShapeofStairshapeauxiliaryteethincaseofadjusting D-length
Fig.35Waveformsofoutletedgecoggingforceincaseofadjusting D-lengthofStairshapeauxiliaryteeth
3.계단형 보조치의 단수 조정
계단형 보조치의 형태로 설치하는 경우 보조치 제안모델에서 고려하지 않았던 계단의 단수를 고려할 필요가 있다.X,Y,D,Z 길이는 각각 3[mm],18[mm],12[mm],2[mm]로 고정하고 계단형 보조치의 단수를 조 정 한다.계단의 단수를 순차적으로 2,3,4단으로 조정하였다.그림 36에 단수를 조정한 제안모델을 그림 37에 단수를 조정할 경우 단부코깅력 파 형을 나타낸다.단수를 조정한 제안 모델중 단부에서 발생하는 단부코깅 력이 가장 저감된 모델은 D의 길이를 조정한 실험과 동일한 모델인 Proposedmodel#5으로 계단의 단수를 3단으로 조정할 경우 가장 저감됨 을 확인하였다.
(g)Proposedmodel#7 (e)Proposedmodel#5 (h)Proposedmodel#8
Fig.36ShapeofStairshapeauxiliaryteethincaseofadjusting stair-stepnumber
Fig.37Waveformsofoutletedgecoggingforceincaseofadjusting stair-stepnumberofStairshapeauxiliaryteeth
4.계단형 보조치의 Z길이 조정
보조치 모델의 경우 치의 높이는 Y길이만 선정하면 된다.하지만,계단 형의 경우 각단수의 높이를 조정해야 하므로,Z길이를 고려하지 않으면 안된다.X,Y,D,단수는 각각,3[mm],18[mm],12[mm],3단으로 고정하 고 계단형 보조치의 Z길이를 조정한다.그림 38에 Z길이를 조정한 제안모 델을 그림 39에 Z길이를 조정한 경우 단부코깅력의 파형을 나타낸다.Z길 이를 조정한 모델중 Z=3[mm]인 제안모델의 단부코깅력이 14.97[N]으로 기본모델에 비해 50[%],보조치 모델에 비해 25.5[%]감소하였다.첫단의 보조치는 치의 높이보다 2[mm]적은 18[mm]로 선정되었다.하지만,첫단 을 제외한 나머지 단은 모두 3[mm]로 할 경우 단부코깅력의 크기가 가장 저감됨이 확인 되었다.
(e)Proposedmodel#5 (i)Proposedmodel#9 (j)Proposedmodel#10
Fig.38ShapeofStairshapeauxiliaryteethincaseofadjusting Z-length
Fig.39Waveformsofoutletedgecoggingforceincaseofadjusting Z-lengthofStairshapeauxiliaryteeth
4.계단형 보조치의 X길이 조정
계단형 보조치의 X길이를 조정한다.Y,D,Z,단수는 앞의 실험을 통해 취득한 최적의 길이인 18[mm],12[mm],3[mm],3단으로 고정하고 해석을 수행하였다.그림 40에 X길이를 조정한 제안모델을 그림 41에 X길이를 조정한 경우 단부코깅력의 파형을 나타낸다.단부코깅력이 가장 저감된 모델은 X길이가 3[mm]인 Proposed model#9로 최대 단부코깅력의 크기 는 14.97[N]이 발생하였다.단부코깅력을 저감하기 위해 계단형 보조치를 설치하는 경우 X=3[mm],Y=18[mm],D=12[mm],Z=3[mm],단수는 3단인 Proposedmodel#9가 가장 저감된 모델임을 확인하였다.Proposedmodel
#9의 단부코깅력은 14.97[N]으로 기본모델에 비해 50[%],보조치 모델에 비해 25.5[%]감소하였다.이상의 결과로부터 단부코깅력의 저감 방법으 로 계단형 보조치의 유용성이 판명되었다.
(k)Proposedmodel#11 (i)Proposedmodel#9 (l)Proposedmodel#12
Fig.40ShapeofStairshapeauxiliaryteethincaseofadjusting X-pitch
Fig.41Waveformsofoutletedgecoggingforceincaseofadjusting X-pitchofauxiliaryteeth
Ⅳ.결 론
본 연구에서는 분산배치 방식의 전기자에서 발생하는 단부코깅력을 저 감하기 위해 2차원 유한요소법을 이용한 수치해석을 통해 기본모델과 제 안모델을 비교 분석하였다.
장거리 반송장치분야에 리니어 동기모터를 적용할 경우 반송경로가 길 어질수록 초기 코스트도 상승한다.이러한 문제점을 해결하기 위해 분산 배치 방식의 전기자가 제시되고 있지만,구조상 필연적으로 단부가 존재 하고 단부코깅력이 발생하게 된다.단부코깅력은 추력 변동을 발생시켜 가동자 구동시 속도진동과 소음등이 발생된다.그러므로 이러한 단부코깅 력을 감소시키기 위해 가동자 및 전기자 끝단에 보조구를 설치하였다.
기본모델을 선정하고 기본모델에서 발생하는 단부코깅력과 제안모델에 서 발생하는 단부코깅력을 유한요소법을 이용한 2차원 수치 해석을 통해 취득한다.각각 취득한 단부코깅력을 비교하고 단부코깅력이 최소가 되는 모델을 해석을 통해 산출하였다.
기본모델의 단부코깅력은 최대29.81[N],가동자 끝단에만 보조극을 설치 한 모델은 기본모델보다 15.83[%]감소하였으며 추가로 영구자석사이에 보조극을 설치할 경우 최대 18.58[%]감소하였다.치의 윗부분에 홈을 판 경우에는 최대 16.87[%],보조치를 설치한 모델은 최대 33[%]감소하였다.
또한,보조치의 형태를 변형시킨 계단형 보조치는 최대 50[%]감소하여 제안된 모델중 계단형 보조치가 가장 적합함을 확인 하였다.
최종적으로 제안된 모델을 통해 단부에서 발생하는 코깅력을 크게 저감 하였다.최적의 모델을 통해 향후 전기자 분산배치 방식의 리니어 동기모 터 단부구조 설계시 본 연구에서 얻어진 결과를 고려하여 단부코깅력을 저감한다면 반송시스템 구조의 최적화를 꾀할 수 있을 것으로 사료된다.
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