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Brushless PM. Chapter 2: Magnet Modeling. 2.2 Magnetic Materials. (1) 투자율 (permeability). - 자성체의 투자율이 선형일 때 * 무차원 상대 투자율. 자성체의 투자율. ( 자유공간의 투자율 ). - 자성체의 투자율이 비선형일 때 B-H curve, Hysteresis loop, core loss. 2.2 Magnetic Materials. (2) 강자성 물질.

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Presentation Transcript
brushless pm

Brushless PM

Chapter 2: Magnet Modeling

2 2 magnetic materials
2.2 Magnetic Materials

(1) 투자율 (permeability)

- 자성체의 투자율이 선형일 때

* 무차원 상대 투자율

자성체의 투자율

( 자유공간의 투자율 )

- 자성체의 투자율이 비선형일 때

B-H curve, Hysteresis loop, core loss

2 2 magnetic materials1
2.2 Magnetic Materials

(2) 강자성 물질

- Hysteresis loop ( 강자성 물질에 사인파 형태의 자계를 가할 때 )

2 2 magnetic materials2
2.2 Magnetic Materials

(2) 강자성 물질

- 상대 미분 투자율: B-H 곡선상의 한점에서의 기울기

매우 높은 자계에서는 는 1에 접근하며, 이 때 물질은 강포화 상태에 있다고 표현한다.

- 상대 크기 투자율: 곡선의 한 점에서의 H에 대한 B의 비

2 2 magnetic materials3
2.2 Magnetic Materials

(3) Core loss

- 강자성체에 시간에 따라 변하는 자계를 가할 때

Core loss= hysteresis loss + eddy current loss

2 2 magnetic materials4
2.2 Magnetic Materials

(3) Core loss

- Hysteresis loss

Hysteresis loop를 왔다 갔다 할 때 생기는 에너지 손실

* Hysteresis power loss

: 재질종류와 치수에의존하는 상수

: 가진 주파수

n : 재질에 의존하는 값 ( 일반적으로 1.5~2.5 )

B : 재질의 자속밀도

2 2 magnetic materials5
2.2 Magnetic Materials

(3) Core loss

- eddy current loss

강자성체 내에 유도되는 eddy current 가 원인

재질의 저항 때문에 에너지가 손실이 발생 ( loss )

* eddy current power loss

: 재질에의존하는 상수

: 재질의 두께

- 저주파수영역: Hysteresis loss가 주손실

고주파수영역: eddy current loss가 주손실

2 2 magnetic materials6
2.2 Magnetic Materials

(3) Core loss

  • - eddy current loss를 줄이기 위한 방법
  • >> 자성체의 저항을 높임
  • 재질에 약간의 실리콘을 넣어줌
  • 여러 개의 얇은 재질을 절연체로 코팅한 후 적층
  • 분말자성체 사용
2 2 magnetic materials7
2.2 Magnetic Materials

- 적층된 강자성체

2 2 magnetic materials8
2.2 Magnetic Materials

(4) Permanent Magnets

- 영구자석 재질의 종류

Alnico, ferrite, samarium-cobalt, neodymium-iron-boron(NdFeB),

Bonded and sintered forms등

- 영구자석의 자기적 특징

Large Hysteresis loop 를 갖는다

2 2 magnetic materials9
2.2 Magnetic Materials

(4) Permanent Magnets

- 영구자석의 Hysteresis loop

감자곡선

: remanence

( 잔류자속밀도 )

: coercivity

( 보자력 )

2 2 magnetic materials10
2.2 Magnetic Materials

(4) Permanent Magnets

- Remanence, coercivity의 개념도

2 2 magnetic materials11
2.2 Magnetic Materials

(4) Permanent Magnets

- 감자곡선에서의 온도의 영향

: 상대 감자 투자율 ( 감자곡선의직선부의 기울기의 절대치 )

: 투자도 계수 ( 동작점과 원점을 이은 선의 기울기의 절대치 )

2 2 magnetic materials12
2.2 Magnetic Materials

(4) Permanent Magnets

- Remanence에 미치는 온도의 영향

: 가역적 온도 상수

- Knee의 영역에서 운전은 비가역적인 감자가 될 수 있고, 성능이 떨어지게 된다.

>>

를 충분히 크게 해야 한다.

- 최대에너지적 :

감자곡선에서의 B*H의 최대치

자석의 성능을 측정할 수 있는 척도

단위는 Gauss-Oersteds,

( = 1 일때 )

2 2 magnetic materials13
2.2 Magnetic Materials

(5) Permanent Magnet의 자기회로 모델

- 직사각형 영구자석의 자기회로 모델

2 2 magnetic materials14
2.2 Magnetic Materials

(5) Permanent Magnet의 자기회로 모델

- 직사각형 영구자석의 자기회로 모델

* 자석의 자속밀도

* 자석을 지나는 자속

Where,

(고정 자속원)

(자석의 투자도)

2 2 magnetic materials15
2.2 Magnetic Materials

(5) Permanent Magnet의 자기회로 모델

- 원호형 영구자석의 자기회로 모델

2 2 magnetic materials16
2.2 Magnetic Materials

- 원호형 영구자석의 자기회로 모델

: 조각의 릴럭턴스

: 자석전체의 릴럭턴스

: `자석의 투자도 ( 릴럭턴스의 역수)

( 일 경우 )

<<

: 자속원 ( 반경 의 표면에서 움직이는 잔류자기 )

slide19
2.3 예제

가정: 자성체의 릴럭턴스는 무시

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2.3 예제

: 자석에서 나오는 자속 = 공극을 가로지는 자속

: 자석과 공극의 자속밀도의 관계

( 가 커지면, 공극에서의 자속밀도가 증가 )

: 자속밀집인자

: 자석의 자속 (from 자속분배)

: 공극의 투자도가 이라면

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2.3 예제

: 자기회로의 MMF

: 동작점을 정의하는 투자도 계수

Where,

,

: 위의 투자도 계수 식에 분자와 분모에 를 곱한 식

- 자석의 안정한 동작을 위해 > 1 이도록 자석과 공극을 설계

2 4 summary
2.4 Summary

1. 강자성 재질과 영구자석 재질의 자기적 특성에 관한 설명

( B-H curve, Hysteresis loop, core loss )

2. 영구자석의 자기회로 모델 소개

( 직사각형, 원호형 )