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      협동로봇용 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기의 토크밀도 향상에 관한 연구 = A Study on the Improvement of Torque Density of an Axial Slotless Permanent Magnet Motor for Co-operative Robots

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      국문 초록 (Abstract) kakao i 다국어 번역

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      영어
      현재 로봇 기술의 산업적 중요성이 높아짐에 따라 세계 및 국내 로봇시장 연평균 약 10% 이상의 성장이 지속 되어오고 있으며 비중 측면에서는 제조업, 성장률 측면에서는 전문서비스용 로봇이 제일 높은 상황이다. 로봇 기술은 다양한 기술들의 집합으로 이루어지는 시스템으로서 전동기 기술또한 로봇부품의 기반 및 핵심 기술이다. 또한 로봇용 전동기의 구성요소로 속도, 힘·토크 제어가 가능한 정밀모터가 필수적이며 모터의 중량당 출력인 비출력이나 부피당 출력인 출력밀도를 높이는 것이 매우 중요해짐에따라 기존의 슬롯형 모터의 구조적인 한계를 극복하고, 정밀도를 향상시키기 위해 슬롯과 치가 없는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기의 코일부 구조의 모터가 주목받고 있다. 따라서 본 논문에서는 출력밀도를 높이기 위한 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기를 설계하였으며, 전동기의 비출력 및 정밀도, 제작성을 고려하여 슬롯과 치가 없는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기의 회전자 형상을 제안하였다.
      본 논문에서는 중량당 출력인 비출력, 부피당 출력인 출력밀도를 높이기 위하여 슬롯과 치가 없는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기를 설계하였다. 기존 전동기의 경우 효율을 높이기 위하여 성능이 좋은 전기강판 재질을 얇게 적층하였으며, 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기의 경우 기존 전동기의 고정자 철심 부분을 3D프린트를 활용한 블록코일로 대체하였다. 또한 회전자를 양방향으로 사용하여 고정자 백요크가 제거되어 철손이 대폭 감소하였다. 또한 슬롯과 치가 없는 구조이므로 공극의 퍼미언스가 균일해지고 코깅토크 없이 일정한 토크를 확보할 수 있었다. 결과적으로 소음 및 진동 측면에서 우수하며 정밀도가 상승하는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 저속 고토크에 유리한 axial flux 영구자석 전동기의 장점을 활용하여 radial flux 영구자석 전동기의 결과와 비교 분석을 통하여 본 논문에서 제안하는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기 설계의 타당성을 전자기 유한요소해석을 통하여 검증하였다.
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      현재 로봇 기술의 산업적 중요성이 높아짐에 따라 세계 및 국내 로봇시장 연평균 약 10% 이상의 성장이 지속 되어오고 있으며 비중 측면에서는 제조업, 성장률 측면에서는 전문서비스용 로봇...

      현재 로봇 기술의 산업적 중요성이 높아짐에 따라 세계 및 국내 로봇시장 연평균 약 10% 이상의 성장이 지속 되어오고 있으며 비중 측면에서는 제조업, 성장률 측면에서는 전문서비스용 로봇이 제일 높은 상황이다. 로봇 기술은 다양한 기술들의 집합으로 이루어지는 시스템으로서 전동기 기술또한 로봇부품의 기반 및 핵심 기술이다. 또한 로봇용 전동기의 구성요소로 속도, 힘·토크 제어가 가능한 정밀모터가 필수적이며 모터의 중량당 출력인 비출력이나 부피당 출력인 출력밀도를 높이는 것이 매우 중요해짐에따라 기존의 슬롯형 모터의 구조적인 한계를 극복하고, 정밀도를 향상시키기 위해 슬롯과 치가 없는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기의 코일부 구조의 모터가 주목받고 있다. 따라서 본 논문에서는 출력밀도를 높이기 위한 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기를 설계하였으며, 전동기의 비출력 및 정밀도, 제작성을 고려하여 슬롯과 치가 없는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기의 회전자 형상을 제안하였다.
      본 논문에서는 중량당 출력인 비출력, 부피당 출력인 출력밀도를 높이기 위하여 슬롯과 치가 없는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기를 설계하였다. 기존 전동기의 경우 효율을 높이기 위하여 성능이 좋은 전기강판 재질을 얇게 적층하였으며, 축방향 슬롯리스 영구자석 동기전동기의 경우 기존 전동기의 고정자 철심 부분을 3D프린트를 활용한 블록코일로 대체하였다. 또한 회전자를 양방향으로 사용하여 고정자 백요크가 제거되어 철손이 대폭 감소하였다. 또한 슬롯과 치가 없는 구조이므로 공극의 퍼미언스가 균일해지고 코깅토크 없이 일정한 토크를 확보할 수 있었다. 결과적으로 소음 및 진동 측면에서 우수하며 정밀도가 상승하는 효과를 얻을 수 있었다. 또한, 저속 고토크에 유리한 axial flux 영구자석 전동기의 장점을 활용하여 radial flux 영구자석 전동기의 결과와 비교 분석을 통하여 본 논문에서 제안하는 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기 설계의 타당성을 전자기 유한요소해석을 통하여 검증하였다.

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract) kakao i 다국어 번역

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      한국어
      Currently, as the industrial importance of robot technology increases, the global and domestic robot markets continue to grow more than 10% annually, and robots for professional services are the highest in terms of manufacturing and growth in terms of weight. Robot technology is a system composed of a set of various technologies, and motor technology is also a base and core technology for robot parts. In addition, as a component of a robot motor, a precision motor capable of controlling speed, force, and torque is essential, and it becomes very important to increase power density, which is an output per weight or volume of the motor, and thus, a coil part motor of a slotless permanent magnet motor is attracting attention. Therefore, this paper designed an axial slotless permanent magnet synchronizer to increase power density, and proposed a rotor shape of an axial slotless permanent magnet synchronizer without a slot and value in consideration of non-power, precision, and manufacture of the motor.
      This paper designed an axial slotless permanent magnet synchronizer without slots and values in order to increase the non-power per weight and power density per volume. In the case of the existing motor, laminated steel sheet materials with good performance were thinly stacked to increase efficiency, and in the case of an axial slotless permanent magnet synchronous motor, the stator iron core of the existing motor was replaced with a block coil using 3D print. In addition, the stator back yoke was removed using the rotor in both directions, greatly reducing the iron hand. In addition, since it is a structure without a slot and a value, the permittance of the air gap became uniform and a constant torque could be secured without a cogging torque. As a result, it was excellent in terms of noise and vibration, and the effect of increasing precision could be obtained. In addition, the validity of the axial slotless permanent magnet synchronous motor design proposed in this paper was verified through electromagnetic finite element analysis through comparative analysis with the results of the radial flux permanent magnet motor.
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      Currently, as the industrial importance of robot technology increases, the global and domestic robot markets continue to grow more than 10% annually, and robots for professional services are the highest in terms of manufacturing and growth in terms of...

      Currently, as the industrial importance of robot technology increases, the global and domestic robot markets continue to grow more than 10% annually, and robots for professional services are the highest in terms of manufacturing and growth in terms of weight. Robot technology is a system composed of a set of various technologies, and motor technology is also a base and core technology for robot parts. In addition, as a component of a robot motor, a precision motor capable of controlling speed, force, and torque is essential, and it becomes very important to increase power density, which is an output per weight or volume of the motor, and thus, a coil part motor of a slotless permanent magnet motor is attracting attention. Therefore, this paper designed an axial slotless permanent magnet synchronizer to increase power density, and proposed a rotor shape of an axial slotless permanent magnet synchronizer without a slot and value in consideration of non-power, precision, and manufacture of the motor.
      This paper designed an axial slotless permanent magnet synchronizer without slots and values in order to increase the non-power per weight and power density per volume. In the case of the existing motor, laminated steel sheet materials with good performance were thinly stacked to increase efficiency, and in the case of an axial slotless permanent magnet synchronous motor, the stator iron core of the existing motor was replaced with a block coil using 3D print. In addition, the stator back yoke was removed using the rotor in both directions, greatly reducing the iron hand. In addition, since it is a structure without a slot and a value, the permittance of the air gap became uniform and a constant torque could be secured without a cogging torque. As a result, it was excellent in terms of noise and vibration, and the effect of increasing precision could be obtained. In addition, the validity of the axial slotless permanent magnet synchronous motor design proposed in this paper was verified through electromagnetic finite element analysis through comparative analysis with the results of the radial flux permanent magnet motor.

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      목차 (Table of Contents)

      • 국문 초록 ⅲ
      • 그림 목록 ⅳ
      • 표 목록 ⅵ
      • 제 1 장 서 론 1
      • 제 1 절 연구 배경 및 필요성 1
      • 국문 초록 ⅲ
      • 그림 목록 ⅳ
      • 표 목록 ⅵ
      • 제 1 장 서 론 1
      • 제 1 절 연구 배경 및 필요성 1
      • 제 2 절 Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor(AFPMSM) 기본이론 4
      • 제 2 장 협동로봇용 전동기 사양 선정 및 설계 11
      • 제 1 절 협동로봇용 전동기 타겟모델 선정 11
      • 제 2 절 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기 최적설계 22
      • 제 3 장 양측 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기 모델 제안 30
      • 제 1 절 양측 축방향 슬롯리스 영구자석 동기 전동기 제안 30
      • 제 2 절 제안 모델 분석 및 결론 31
      • 참고 문헌 42
      • Abstract 47
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