외부 로터 BLDC 모터 설계: 전기 모터 모델링을 위한 쉬운 가이드

외부 로터 브러시리스 DC 모터는 강력한 종류의 전기 모터입니다. 이 설계에서는 로터의 자석이 회전하면서 외부 의 고정자 권선. 이는 높은 토크와 같은 특별한 능력을 제공합니다. 이 글은 여러분을 위한 글입니다. 더 나은 외부 회전자 브러시리스 DC 모터를 설계하는 방법을 배우는 데 도움이 될 것입니다. 컴퓨터 모델링을 통해 모터 설계 단계를 더 쉽게 만들고 성공할 수 있는 방법을 보여 드리겠습니다. BLDC 전기 모터가 최상의 성능을 발휘하도록 개선하는 주요 단계를 배우게 됩니다.

외부 로터 BLDC 모터란 무엇인가요?

브러시리스 직류 모터(BLDC 모터)는 일반적인 종류의 전기 모터입니다. 잘 작동하고 믿을 수 있기 때문에 사람들이 좋아합니다. 대부분의 모터는 로터가 고정자 내부에서 회전합니다. 이를 내부 로터 설계라고 합니다.

외부 로터 브러시리스 DC 모터는 다릅니다. 로터에는 영구 자석이 있으며 외부에 있습니다. 고정자와 그 권선 코일은 내부에 있습니다. 이 모터 설계는 로터가 더 넓다는 것을 의미합니다. 이러한 변화는 외부 로터 BLDC 모터의 큰 장점입니다. 높은 토크를 제공합니다. 자력은 가운데에서 멀리 떨어진 곳에서부터 밀어냅니다. 이것은 토크라고 하는 회전력을 훨씬 더 강하게 만듭니다. 따라서 드론, 전기 자전거, 선풍기 등에 이 BLDC 모터를 사용하면 좋습니다.

좋은 모델링이 모터 설계의 첫걸음인 이유는 무엇일까요?

실제 BLDC 모터를 제작하기 전에 계획이 필요합니다. 모터 설계에서 이 계획은 컴퓨터 모델입니다. 모델링이란 컴퓨터에서 브러시리스 DC 모터의 사본을 만드는 것을 의미합니다. 이것은 매우 중요한 단계입니다.

좋은 모델링은 많은 시간과 비용을 절약하는 데 도움이 됩니다. 실제 테스트 모터를 많이 제작할 필요가 없습니다. 대신 컴퓨터에서 수백 가지의 설계 아이디어를 시험해 볼 수 있습니다. 이 모델링을 사용하면 BLDC 모터를 만들기 전에 모터가 어떻게 작동할지 미리 확인할 수 있습니다. 모터가 얼마나 강한지 확인하고, 약한 부분을 찾아내고, 좋은 부품을 더욱 개선할 수 있습니다. 좋은 모터 모델은 훌륭한 모터 설계의 출발점입니다. 좋은 모델링이 없으면 추측에 불과합니다. 좋은 모델링을 통해 설계와 성능이 목표를 달성할 수 있다는 확신을 가질 수 있습니다. 모든 새로운 전기 기계가 이러한 종류의 스마트 모델링을 사용하여 만들어지는 이유가 바로 여기에 있습니다.

어떤 주요 부품을 모델링해야 하나요?

BLDC 모터 모델링을 시작할 때 주요 부품을 설정해야 합니다. 이러한 부품을 설계 파라미터라고 합니다. 각 파라미터는 모터의 최종 토크와 모터의 작동 방식을 변경합니다. 좋은 모터 설계를 위해서는 이러한 파라미터를 올바르게 설정하는 것이 매우 중요합니다.

다음은 모델링에 입력해야 하는 가장 중요한 디자인 파라미터 몇 가지입니다:

모터 설계는 이러한 설계 변수의 적절한 조합을 찾아야 합니다. 예를 들어 자석의 두께가 크면 더 많은 토크를 얻을 수 있지만, Bldc 모터가 너무 무거워질 수 있습니다. 모델링을 통해 필요한 최적의 설계를 찾을 수 있습니다.

유한 요소법(FEM) 모델링은 어떻게 작동하나요?

부품이 너무 많은 BLDC 모터를 컴퓨터가 어떻게 이해할 수 있을까요? 정답은 유한 요소법(FEM)입니다. 이것은 강력한 모델링 도구입니다. FEM은 모터 설계를 수천 개의 작은 비트로 나눕니다. 이러한 비트를 "유한 요소"라고 합니다. 그런 다음 수학을 사용하여 각 작은 비트에서 자기장이 어떻게 작용하는지 파악합니다.

모든 비트에 대해 이를 파악함으로써 FEM 소프트웨어는 전체 빌딩 DC 모터를 매우 명확하게 파악할 수 있습니다. 고정자와 회전자 모든 영역의 자속 밀도를 보여줄 수 있습니다. 유한 요소법은 브러시리스 DC 모터가 어떻게 작동하는지 확인할 수 있는 가장 좋은 방법입니다. 이 심층적인 점검은 단순한 수학 규칙보다 훨씬 낫습니다. 복잡한 모양과 재료의 작동 방식을 이해할 수 있기 때문입니다. FEM을 사용하는 것은 모터 설계를 최적화하기 위한 중요한 단계입니다.

BLDC 모터 모델링에 Ansys를 사용할 수 있나요?

네, 가능합니다. Ansys는 FEM 모델링을 위한 매우 일반적이고 강력한 소프트웨어 툴입니다. 많은 엔지니어들이 전기 기계를 설계하고 테스트하는 데 Ansys를 사용합니다. 여기에는 외부 로터 브러시리스 DC 모터가 포함됩니다. Ansys를 사용하면 BLDC 모터의 전체 컴퓨터 모델을 구축할 수 있습니다. 자석 유형부터 권선의 세부 사항까지 모든 파라미터를 설정할 수 있습니다.

Ansys에서 모터 모델을 빌드한 후에는 컴퓨터에서 테스트를 실행할 수 있습니다. 이러한 테스트는 컴퓨터에서 테스트하는 것과 같습니다. 소프트웨어는 bldc 모터가 얼마나 많은 토크를 생성하는지, 출력 전력은 어느 정도인지, 얼마나 잘 작동하는지 보여줍니다. Ansys의 시뮬레이션 결과는 신뢰할 수 있는 결과입니다. 모터 설계를 개선하기 위한 현명한 선택을 할 수 있도록 도와줍니다. Ansys는 전기 자동차 또는 기타 용도의 심각한 모터를 위한 훌륭한 도구입니다. Ansys의 FEM 모델링 기능은 최고 수준입니다.

모델링에 적합한 머티리얼은 어떻게 선택하나요?

BLDC 모터에 어떤 소재를 선택하느냐는 매우 중요합니다. 올바른 재료는 높은 효율과 더 나은 모터 성능으로 이어집니다. FEM 모델링에는 이러한 재료에 대한 정보가 있어야 합니다. BLDC 모터의 재료에서 가장 중요한 것은 자기 거동, 즉 자석과 함께 작동하는 방식입니다.

로터에는 영구 자석을 사용합니다. 네오디뮴(NdFeB)과 같은 자석 유형이 큰 차이를 만듭니다. 스테이터의 경우 특수 강철을 사용합니다. 이 강철이 작동하는 방식은 B-H 곡선이라는 것으로 표시됩니다. B-H 곡선은 재료가 자기장에서 어떻게 작용하는지를 모델링 소프트웨어에 알려줍니다. 자석이 포화점까지 자화되는 것이 중요합니다. B-H 곡선은 폐쇄 회로에서 이 점을 보여줍니다. 이 상세한 모델링을 통해 철 손실을 추측할 수 있습니다. 또한 빌딩 모터가 예상대로 작동하는지 확인할 수 있습니다. FEM 모델링에서 올바른 B-H 곡선을 사용하는 것은 진정한 시뮬레이션 결과를 얻기 위해 매우 중요합니다.

최대 토크를 위해 디자인을 어떻게 개선할 수 있을까요?

외부 로터 브러시리스 DC 모터를 사용하는 가장 좋은 이유 중 하나는 높은 토크를 얻기 위해서입니다. 따라서 일반적인 목표는 모터 설계에서 가능한 최대 토크를 얻는 것입니다. 모델링은 이를 위한 방법입니다. 최대 토크를 얻으려면 다양한 설계 변수를 테스트해야 합니다.

FEM 모델링 소프트웨어를 사용하여 테스트를 실행할 수 있습니다. 이 테스트는 각 파라미터를 변경하면 토크가 어떻게 변하는지를 보여줍니다.

• 자석의 두께를 더 크게 만들면 어떨까요? 모델링 결과 토크가 10% 증가할 수 있습니다.
• 에어 갭을 더 작게 만들면 어떨까요? FEM 검사에서 더 강한 자력과 더 많은 토크가 나타납니다.
• 극의 수를 변경하면 어떻게 되나요? 시뮬레이션 결과는 다른 정격 속도에서 새로운 토크를 알려줍니다.

컴퓨터에서 이러한 테스트를 수백 번 실행할 수 있습니다. 이러한 시도와 변경 과정을 설계 최적화라고 합니다. 이를 통해 BLDC 모터에서 최대 토크를 얻기 위한 최적의 설계 매개변수 조합을 찾을 수 있습니다. 이는 많은 토크가 필요한 전기 자동차 같은 경우에 매우 필요합니다.

고효율을 위한 디자인 최적화의 목표는 무엇인가요?

최대 토크를 얻는 것은 훌륭합니다. 하지만 이것이 유일한 목표는 아닙니다. 브러시리스 직류 모터의 효율도 높아야 합니다. 효율이 높은 모터는 전력을 잘 사용합니다. 유용한 출력 전력으로 전환합니다. 열로 낭비되는 전력도 적습니다. 이는 드론이나 전기차와 같이 배터리를 사용하는 기기에서 매우 중요한 문제입니다.

효율을 높이려면 빌딩 DC 모터의 손실을 줄여야 합니다. 손실의 두 가지 주요 유형은 구리 손실(권선)과 철 손실(고정자)입니다. FEM 모델링은 이 두 가지 손실을 모두 추측할 수 있습니다. 효율을 위한 설계 최적화는 이러한 작업을 수행한다는 의미일 수 있습니다:

• 더 두꺼운 와이어를 사용하도록 권선을 변경하면 구리 손실을 줄일 수 있습니다.
• 철 손실을 줄이기 위해 더 나은 B-H 곡선을 가진 더 나은 종류의 강철을 선택하세요.
• 토크가 충분하고 효율이 높은 최적의 디자인을 찾아보세요.

때로는 최대한의 토크를 얻으려고 하다 보면 효율성이 떨어질 수 있습니다. 이럴 때는 다목적 최적화가 도움이 될 수 있습니다. 이 스마트 모델링 도구는 토크가 크면서도 효율이 좋은 모터 설계를 찾는 데 도움이 됩니다. 필요한 사항에 대한 최적의 값을 찾아줍니다.

모델링의 테스트 결과를 어떻게 연구하나요?

FEM 모델링 소프트웨어가 테스트를 실행하면 많은 데이터가 제공됩니다. 이것이 바로 시뮬레이션 결과입니다. 모터 설계를 개선하려면 이러한 결과를 읽는 방법을 아는 것이 매우 중요합니다. 분석 결과는 종종 그래프와 컬러 맵으로 표시됩니다.

예를 들어 BLDC 모터의 컬러 맵은 자속 밀도를 보여줄 수 있습니다. 자기장이 너무 약하거나 너무 강한 지점을 찾을 수 있습니다. 모터가 회전하는 동안 모터의 토크를 그래프로 표시할 수도 있습니다. 토크가 일정한지 또는 오르내리는지 확인할 수 있습니다. 이러한 분석 결과를 보면 문제를 찾을 수 있습니다. 고정자의 모양 때문에 철 손실이 더 많이 발생하고 있을 수도 있습니다. 또는 자석의 두께가 정격 속도와 토크를 만들기에 충분하지 않을 수도 있습니다. 시뮬레이션 결과는 Bldc 모터를 최적화하기 위해 다음에 해야 할 일을 보여줍니다. 다음과 같은 논문에서 언급된 것처럼 2019 전기 기계 및 시스템 국제 컨퍼런스 프로시딩모든 출판물에 포함된 의견과 데이터는 종종 한 명의 저자의 의견일 뿐입니다. 즉, FEM 모델링 데이터를 직접 이해할 수 있어야 합니다.

디자인 및 작업 점검의 마지막 단계는 무엇인가요?

모델을 구축했습니다. 컴퓨터에서 테스트를 실행했습니다. 결과를 확인하고 변경했습니다. 이제 모델링을 통해 높은 출력을 가진 훌륭한 모터 설계가 완성되었습니다. 다음은 무엇일까요? 마지막 단계는 모터가 전체적으로 어떻게 작동하는지 확인하는 것입니다. 이것이 바로 모터 성능입니다. 모든 목표를 충족하는 최종 모터 설계가 완성되어야 합니다.

이 단계에서 최적의 설계를 최종적으로 점검합니다. 모델링을 통해 최대 효율과 토크에 대한 목표에 도달했는지 확인해야 합니다. 또한 다른 상황에서 빌딩 전기 모터가 어떻게 작동하는지 확인하는 것도 좋은 생각입니다. 따뜻해지면 어떻게 되나요? 모델링을 통해 이를 추측할 수 있습니다. 다음과 같은 많은 논문에서 2018 전기 기계 및 시스템 국제 컨퍼런스 프로그레시브를 통해 다양한 디자인 아이디어를 확인할 수 있습니다. 모든 출판물에 포함된 데이터는 해당 연구자의 것일 뿐이라는 것을 아는 것이 중요합니다. 여러분만의 FEM 모델링과 연구는 여러분의 설계가 훌륭하고 준비되었다는 것을 실제로 증명하는 것입니다. 모델링을 사용한 이 마지막 점검은 최종적으로 실제 작동하는 모터를 제작할 때 BLDC 모터의 성능이 훌륭하다는 것을 보장합니다.

기억해야 할 주요 사항

• 외부 로터 BLDC 모터 설계는 로터가 외부에 있기 때문에 높은 토크를 제공합니다.
• 모델링은 첫 번째 큰 단계입니다. 먼저 컴퓨터에서 빌딩 모터를 테스트할 수 있으므로 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.
• 유한 요소법(FEM)은 빌딩 모터의 자기장에 대해 매우 사실적인 결과를 제공하는 강력한 모델링 도구입니다.
• Ansys와 같은 소프트웨어는 모터 모델을 구축하고 테스트를 실행하여 모터 성능을 확인하는 데 도움이 됩니다.
• 설계 최적화는 자석 두께나 에어 갭과 같은 설계 파라미터를 변경하여 Bldc 모터를 개선하는 방법입니다.
• 일반적으로 손실을 줄임으로써 최대 토크와 높은 효율을 얻는 것이 주요 목표입니다.
• 모델링의 시뮬레이션 결과를 보면 모터 설계를 개선하여 최고의 브러시리스 DC 모터를 만드는 방법을 알 수 있습니다.