기울어진 로터 라미네이션: 토크 리플과 소음을 줄이는 이유

In 로터 라미네이션 스택, 의 기울기는 외관상 각도가 아닙니다. 위상 도구입니다.

직선형 로터 스택을 사용하면 모든 축 방향 슬라이스가 동일한 순간에 동일한 슬롯팅 이벤트를 만나면 리플 피크가 추가됩니다. 깔끔하게. 너무 깔끔하게. 스큐는 스택 길이를 따라 이러한 정렬을 깨뜨리므로 국부적인 토크 교란이 위상에 도달하는 것을 멈춥니다. 평균 토크는 그대로 유지됩니다. 대부분의 거칠기는 그렇지 않습니다. 이러한 기본 효과 때문에 심각한 모터 작업에서 1슬롯 피치 스큐가 계속 나타나는데, 기본은 거의 변하지 않으면서 슬롯 관련 내용은 훨씬 더 세게 절단할 수 있기 때문입니다. 한 분석 연구에 따르면 1슬롯 피치 스큐의 경우 기본 스큐 계수가 약 0.995로 나타난 반면, 첫 번째 슬롯 고조파는 동일한 프레임워크에서 약 7%로 떨어졌습니다.

이것이 바로 토크 측면입니다.

소음 측면은 비슷하지만 동일하지는 않습니다. 전자기 소음은 평균 토크보다는 힘의 파동, 특히 하우징으로 들어가는 구조적 경로를 찾는 방사형 힘에 의해 더 많이 발생합니다. 로터 적층이 비뚤어지면 이러한 힘 파는 하나의 원주 패턴으로 쌓이는 대신 축 방향을 따라 재분배됩니다. 기계는 여전히 힘을 생성합니다. 다만 전체 코어 길이를 따라 같은 위치에서 같은 시간에 동일한 힘 패턴을 생성하는 것이 중단될 뿐입니다. 그게 중요합니다. 영구 자석과 유도 기계 모두에 대한 최근 진동 연구에 따르면 전자기 스펙트럼을 염두에 두고 스큐 각도를 선택하면 스큐가 낮은 토크 고조파, 문제가 되는 힘파 성분 약화, 낮은 진동 또는 소음과 직접적으로 연관되어 있습니다.

라미네이션 스택 내부에서 실제로 변화하는 왜곡의 종류

기울어진 로터 적층 스택은 축 평균화 장치입니다. 이것이 가장 짧고 정확한 설명입니다.

각 라미네이션 또는 스텝 스큐 빌드의 각 스택 세그먼트는 작은 각도 증분만큼 회전합니다. 따라서 한 축 위치에서 보이는 톱니-슬롯 정렬은 몇 밀리미터 떨어진 위치에서 보이는 정렬과 상쇄됩니다. 국부적인 릴럭턴스 변화는 여전히 존재합니다. 슬롯팅이 여전히 존재합니다. 코깅 소스는 여전히 존재합니다. 다만 스택을 따라 위상 이동되어 샤프트와 하우징에서 보이는 합산 교란이 약해집니다.

그렇기 때문에 왜곡은 일반적으로 기하학적으로 보이는 것보다 더 효과적이라고 느껴집니다. 몇도. 때로는 더 적을 수도 있습니다. 그러나 에어 갭 상호 작용은 저속 노치를 부드럽게 하고, 리플 피크를 평평하게 하며, 음향 시그니처를 진정시키기에 충분할 정도로 변화합니다. 보통은 마술이 아닙니다. 취소를 통해.

그리고 연속 스큐만이 유용한 형태는 아닙니다. 생산 라미네이션 스택에서는 스텝 스큐가 이산 축 세그먼트로 동일한 평균화 효과를 근사화하기 때문에 실용적인 경로인 경우가 많습니다. 연속 스큐는 기본적으로 세그먼트 수가 매우 높은 스텝 스큐의 제한적인 경우입니다. 전자기적 의도는 동일하지만 제조 경로는 그렇지 않습니다.

토크 리플이 떨어지는 이유

정답은 “고조파 제거”입니다. 정답이지만 너무 광범위합니다.

실제 로터 적층 스택에서 중요한 것은 어떤 고조파를 스큐로 처벌할 것인지, 그리고 그 처벌을 위해 얼마를 지불할 의향이 있는지에 대한 것입니다. 작은 스큐는 주 작업 영역에 거의 닿지 않으면서 슬롯 고조파를 강하게 약화시킬 수 있습니다. 스큐를 너무 크게 늘리면 주 토크를 생성하는 구성 요소가 무언가를 되돌려주기 시작합니다. 이러한 트레이드오프는 이론적인 것이 아닙니다. 이는 측정된 토크, 시동 동작, 최대 토크 및 백-EMF 형태에서 나타납니다. 다양한 기계 제품군에 대한 연구는 동일한 영역에 계속 머물러 있습니다. 리플 감소가 의미 있는 반면 평균 토크 페널티는 작게 유지될 수 있기 때문에 고정자 슬롯 피치 1개 정도가 실용적인 첫 번째 목표가 되는 경우가 많습니다. 고전적인 결과에서는 한 릴럭턴스 기계 세트의 한 슬롯 피치에서 평균 토크 강하가 2% 미만으로 보고된 반면, 스큐가 클수록 페널티가 훨씬 더 높아졌습니다. 인덕션 기계 작업에서도 스큐 각도가 커질수록 진동 관련 고조파가 개선되더라도 시동 토크와 최대 토크는 감소하는 경향을 보였습니다.

따라서 더 나은 질문은 “스큐가 토크 리플을 감소시키는가?”가 아닙니다. 그렇습니다. 더 좋은 질문은 다음과 같습니다: 이 스택에서 어떤 리플 구성 요소가 지배적인지, 그리고 이를 취소하기 위해 얼마나 많은 펀더멘털을 희석할 의향이 있는지?

라미네이션 스택 엔지니어링은 여기서 더 이상 일반적이지 않습니다. 슬롯 수, 폴 수, 에어 갭 감도, 포화 수준, 제어 전략 및 부하 지점이 모두 중요합니다. 동일한 로터 토폴로지라도 부하 스펙트럼이 바뀌면 다른 스큐 결정이 필요할 수 있습니다. 다양한 부하에서 최적의 스큐 각도에 대한 최근 연구는 이 점을 직접적으로 뒷받침합니다. 스큐 효과는 부하에 따라 달라지며 포화도에 따라 답이 달라집니다.

노이즈가 감소하는 이유

노이즈가 감소하는 이유는 두 가지입니다. 하나는 직접적입니다. 하나는 간접적인 이유입니다.

직접적인 이유는 스큐가 고정자와 하우징을 더 공격적으로 여기시킬 수 있는 힘파 성분을 약화시키기 때문입니다. 유도 기계 해석에서 스큐가 도입되면 축 방향을 따라 방사형 전자기력 분포가 변화합니다. 영구 자석 기계 연구에서 로터 단계 스큐는 전자기 진동과 소음을 유발하는 힘의 내용을 억제합니다. 이것이 바로 구조적 경로입니다.

간접적인 이유는 낮은 코깅과 낮은 토크 리플이 저속, 전환 중, 공진 작동 대역 근처에서 나타나는 2차 진동 문제를 줄여주기 때문입니다. 2단계 스큐를 사용한 최근의 한 트랙션 모터 연구에서는 약 91.6%의 코깅 토크 감소와 정격 속도에서 약 51.9%, 최대 속도에서 68.7%의 진동 속도 감소를 보고했지만, 이 수치는 지오메트리에 따라 다르므로 새 설계에 무턱대고 복사해서는 절대 안 됩니다. 이 패턴은 유용한 부분입니다. 지배적인 여기 순서를 중심으로 스큐를 조정하면 작은 각도가 시사하는 것보다 훨씬 더 큰 음향적 이점을 얻을 수 있습니다.

하지만 한 가지 문제가 있습니다. 노이즈는 토크 리플에만 국한된 것이 아닙니다. 왜곡된 로터는 단순화된 2D 추론에서는 명확하게 나타나지 않는 축 방향 필드 구성 요소와 축 방향 힘 효과를 유발할 수 있습니다. 이것이 초기 토크 결과가 유망해 보이는 반면 베어링 또는 NVH 검토는 덜 열성적으로 보이는 이유 중 하나입니다. 최근의 3D 유한 요소 비교는 이를 명확하게 보여줍니다. 토크 고조파 추세는 다중 슬라이스 또는 2D 방법으로 충분히 잘 포착할 수 있지만 축 방향 힘 기여도와 국부적인 치아 힘 분포는 3D 처리가 필요합니다.

실제 라미네이션 스택에서 발생하는 스큐 비용

단점은 단점이 아닙니다. 바로 디자인입니다.

생산 페널티는 익숙한 개념입니다. 스큐는 스태킹 제어를 복잡하게 만듭니다. 세그먼트 인덱싱이 더 중요합니다. 인터록 전략이 더 중요합니다. 런아웃 허용 오차가 줄어듭니다. 고정자 스큐 변형에서는 권선 공간과 도체 길이에 문제가 발생할 수 있으며, 오래되었지만 여전히 유용한 한 소스는 유효 슬롯 면적이 줄어들고 도체 길이가 길어져 저항이 높아진다는 점을 지적합니다. 로터 측면에서는 형상화된 부품과 분할된 빌드가 공정 단계와 검사 부담을 가중시킵니다. 그렇다고 해서 스큐가 나쁜 선택은 아닙니다. 다만 적층 스택이 각도를 확보해야 한다는 의미일 뿐입니다.

프로덕션 라미네이션 스택에서 스큐를 선택하는 방법

“왜곡이 많으면 노이즈가 적다”는 식으로 시작하지 않습니다. 이 지름길은 시간을 낭비합니다.

교란 맵부터 시작하겠습니다. 어떤 고조파 순서가 토크 리플을 지배하는가. 어떤 힘 순서가 구조 모드에 가까운지. 어떤 작동 지점이 상업적으로 중요한지. 그런 다음 작업장에서 너무 많은 것을 빼앗지 않으면서도 잘못된 정렬을 깨뜨리는 가장 작은 왜곡을 선택합니다. 종종 그것은 하나의 슬롯 피치 근처에 떨어집니다. 그렇지 않을 때도 있습니다. 일부 기계에서는 1.3~1.5 슬롯 거리가 기본값을 0.99에 가깝게 유지하면서 선택된 고조파 약화에 대해 더 나은 타협점을 찾을 수 있습니다. 다른 경우에는 그 정도의 각도는 이미 토크, 시동 성능 또는 제조 가능성에서 너무 비쌉니다.

로터 라미네이션 스택의 실제 스크리닝 흐름은 매우 간단합니다:

1. 실제 대상을 식별합니다. 코깅 토크만? 부하 토크 리플? 하우징 모드 근처의 전자기 노이즈? 그것들은 같은 문제가 아닙니다.
2. 스틸 또는 슬롯 지오메트리를 변경하기 전에 스윕 스큐 각도를 변경합니다. 스큐는 종종 가장 빠르게 판단할 수 있는 라미네이션 스택 변수입니다.
3. 평균 토크뿐만 아니라 백-EMF 고조파를 확인하세요. 스큐는 한 스펙트럼을 깨끗하게 하고 다른 스펙트럼을 더럽힐 수 있습니다. 최근의 스큐 방법론 논문에서는 스큐 선택에 따라 역EMF 고조파 왜곡과 전류 리플 동작도 달라진다는 사실을 보여주었습니다.
4. 3D로 이동한 후 베어링 또는 NVH에 서명하세요. 특히 스텝 스큐를 사용하면 세그먼트 전환을 통해 2D 모델이 부드럽게 처리하는 축 효과를 생성할 수 있습니다.
5. 스택 프로세스를 조기에 잠급니다. 대량 생산에서 각도 인덱싱을 유지할 수 없는 왜곡된 라미네이션 스택은 완성된 디자인이 아닙니다.

마지막 지점은 덜 화려합니다. 많은 훌륭한 시뮬레이션이 실패하는 곳이기도 합니다.

왜곡된 로터 라미네이션이 여전히 중요한 이유

매우 구체적인 문제를 잘 해결하기 때문입니다.

모든 모터에 스큐가 필요한 것은 아닙니다. 일부 토폴로지는 슬롯 극 선택, 톱니 형상, 노칭, 자석 형상 또는 제어 측 보정을 통해 목표에 도달할 수 있습니다. 하지만 더 부드러운 토크, 더 조용한 작동, 소프트웨어에 작업을 밀어 넣는 것이 아니라 전자기 코어 내부에 머무르는 적층 스택 변경이 목적이라면 스큐는 여전히 가장 깔끔한 도구 중 하나입니다. 최근 논문에서는 이 방법을 계속 개선하고 있습니다. 근본적인 이유는 변하지 않았습니다. 축 방향 슬라이스를 위상 이동하고, 스택의 교란을 막고, 유용한 필드를 최대한 많이 유지한다는 것입니다.

이것이 바로 비뚤어진 로터 라미네이션의 엔지니어링 가치입니다. 작은 각도. 큰 결과.

자주 묻는 질문