[교류전동기 원리]모터에서 발생하는 토크의 종류

안녕하세요. 오늘은 모터에서 발생하는 토크의 종류에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

토크가 다 같은 토크인데 무슨 종류가 있냐고 하실 수 있어요.

틀린 말은 아닌데, 토크의 근원이 어디냐에 따라서 분류를 하는건 의미가 있습니다.

토크의 발생 원리를 이해할 수 있다면 제어할 수 있게 되고 결국 원하는 형태의 토크를 얻을 수 있을테니까요.

모터에서 발생하는 토크는 크게 3가지입니다.

1. 자기배열 토크(Alignment Torque, Magnet Torque)

자석의 서로 다른 극성끼리 만나려는 힘을 응용한 토크입니다.

N극은 S극에 이끌리고, N극을 만나면 떨어지게 하려고 하죠? 그 토크입니다.

아래는 지난 포스팅에 사용했던 그림인데 딱 저거에요.

자석과 자석간의 결합. 서로 다른 극성은 밀어내는 힘. 모든 모터의 기본이 되는 토크입니다.

2. 릴럭턴스 토크(Reluctance Torque)

그 다음으로는 릴럭턴스 토크입니다. 이건 모든 자연은 낮은 에너지를 가지려고 한다는 원리에 입각한 것입니다.

자기력선의 정렬이 가장 안정적인 상태로 돌아가기 위해 구조물의 위치를 바꾸는 토크가 발생하는 것이죠.

이렇게 말하면 어려울 것 같아서 그림 하나 그렸습니다.

회색은 전기강판이구요, 파란색은 자기력선, 노란색은 코일을 감아 전류를 인가한 것입니다.

코일에서 기자력이 발생하게 되고, 그 기자력은 철심에서 자속의 형태로 발생되어 철심따라 흐르게 될 것입니다.

중간에 공극이 있어서 자기저항이 증가하겠지만, 결국 가운데 철심을 지나 다시 코일쪽으로 돌아가는 자기력선이 형성됩니다.

하지만 가운데 떨어져있는 철심이 약간 회전되어 있다면? 자기력선이 가장 짧은 방향으로 철심이 회전하게 됩니다.

에너지 관점에서 해당 내용을 알고 싶으시면 "수반에너지(Coenergy)"를 찾아보시면 수식과 함께 자세하게 아실 수 있습니다. (따로 요청이 있다면 해당 내용도 포스팅 하겠습니다)

3. 코깅토크(Cogging Torque)

코깅토크는 안좋은 놈입니다. 어쩔 수 없이 발생하지만 결국 NVH를 만드는 놈이어서 최대한 줄여야하는 토크에요.

고정자 슬롯에는 슬롯 오프닝이 존재하는데 그 공극에 의해 발생합니다.

코깅토크를 아주 잘 표현한 그림이 있어 가져왔습니다.

슬롯 오프닝(Slot Opening)에서 발생하는 코깅토크의 크기를 나타낸 것입니다.

또한 영구자석의 자화가 불균일하게 되더라도 발생할 수 있습니다. 이건 착자를 잘해야겠죠?

4. Net Torque의 형태

각 토크를 합치면 위 그래프의 형태를 보이게 됩니다.

코깅토크가 더해지니 토크 크기가 막 출렁출렁거리죠? 그래서 코깅토크를 없애는게 중요한겁니다.

이 밖에도 모터설계 입장에서는 기계적인 기하공차(원통도, 직각도, 진원도 등)에 의한 요인도 모두 NVH로 동작하게 됩니다.

오늘은 모터에서 나타나는 토크의 형태를 알아보았습니다.

감사합니다.