이 논문은 오축 갠트리 로봇 시스템을 위한 플럭스 변조(FM) 영구자석 선형 액추에이터의 설계 과정을 제안하며, 작동 고조파에 영향을 미치는 매개변수를 조사한다. 자기 기어링(magnetic gearing) 효과를 고려하여 자기 등가 회로 및 유한요소해석 모델을 바탕으로 한 상세한 설계 과정을 개발하였다. 자연 냉각을 고려할 때, 설계 매개변수를 선정하는 과정에는 비가역적 감자(irreversible demagnetization)의 영향이 포함된다. 설계 매개변수를 사용하여 최종 시뮬레이션 모델을 구축하고, 무부하 및 전부하 조건 모두에서 전자기 성능을 확인하였다. 또한 제안된 해석 모델을 통해 얻은 결과를 검증하기 위해 시제품을 제작하였다.

다축 갠트리 로봇을 위한 이중-자기성(dual-saliency) 플럭스 변조 영구자석 선형 동기 모터(DS FM-PMLSM)에 대해, 초기 동작자 위치(initial mover position, IMP) 검출 알고리즘을 본 연구에서 제안하였다. 제안된 IMP 알고리즘은 제안된 기계의 자기성(saliency)을 활용하며, 이는 유도계수 변화를 유발하고 연속적인 전류 프로파일을 제공하여 유도계수의 변화를 확인한다. 제안된 IMP의 견고성을 검증하기 위해 진입부 및 이탈부의 엔드(end) 영역 효과를 포함하였다. 또한 MATLAB 및 Altair-Flux를 사용한 설계 플랫폼을 개발하여, 이동자(mover)의 서로 다른 위치에 대해 제안된 IMP 알고리즘을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 모델을 바탕으로 저가 센서와 6단(step) 인버터를 이용한 시험 장치를 구축하고, DS FM-PMLSM에 대해 제안된 IMP 알고리즘의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 전기 에너지 저장 시스템(ESS)에서 화재 위험을 감지하기 위해 사용되는 장(長) 트랙 갠트리 로봇 시스템을 위한 플럭스 변조(flux modulated, FM) 영구자석(PM) 선형 액추에이터의 설계 및 해석을 제안한다. 자기 기어링(magnetic gearing) 효과에서 영감을 받은 FM-선형 액추에이터에 대한 상세한 설계 프레임워크를 제안하며, 여기에는 슬롯-폴 페어(slot-pole pair) 개수의 선택과, 동작 고조파 특성에 기반한 최적 기하학적 파라미터의 할당이 포함된다. 최적 모델을 사용하여 갠트리 시스템에서 액추에이터의 실현 가능성을 확인하기 위해 무부하 및 전부하 조건에서의 전자기 성능을 수행한다. 2D 및 3D 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 통해 얻은 결과를 검증하기 위하여 시제품을 제작한다.

이 논문은 오축 갠트리 로봇 시스템을 위한 플럭스 변조(FM) 영구자석 선형 액추에이터의 설계 과정을 제안하며, 작동 고조파에 영향을 미치는 매개변수를 조사한다. 자기 기어링(magnetic gearing) 효과를 고려하여 자기 등가 회로 및 유한요소해석 모델을 바탕으로 한 상세한 설계 과정을 개발하였다. 자연 냉각을 고려할 때, 설계 매개변수를 선정하는 과정에는 비가역적 감자(irreversible demagnetization)의 영향이 포함된다. 설계 매개변수를 사용하여 최종 시뮬레이션 모델을 구축하고, 무부하 및 전부하 조건 모두에서 전자기 성능을 확인하였다. 또한 제안된 해석 모델을 통해 얻은 결과를 검증하기 위해 시제품을 제작하였다.

다축 갠트리 로봇을 위한 이중-자기성(dual-saliency) 플럭스 변조 영구자석 선형 동기 모터(DS FM-PMLSM)에 대해, 초기 동작자 위치(initial mover position, IMP) 검출 알고리즘을 본 연구에서 제안하였다. 제안된 IMP 알고리즘은 제안된 기계의 자기성(saliency)을 활용하며, 이는 유도계수 변화를 유발하고 연속적인 전류 프로파일을 제공하여 유도계수의 변화를 확인한다. 제안된 IMP의 견고성을 검증하기 위해 진입부 및 이탈부의 엔드(end) 영역 효과를 포함하였다. 또한 MATLAB 및 Altair-Flux를 사용한 설계 플랫폼을 개발하여, 이동자(mover)의 서로 다른 위치에 대해 제안된 IMP 알고리즘을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 모델을 바탕으로 저가 센서와 6단(step) 인버터를 이용한 시험 장치를 구축하고, DS FM-PMLSM에 대해 제안된 IMP 알고리즘의 타당성을 검증하였다.

본 논문은 전기 에너지 저장 시스템(ESS)에서 화재 위험을 감지하기 위해 사용되는 장(長) 트랙 갠트리 로봇 시스템을 위한 플럭스 변조(flux modulated, FM) 영구자석(PM) 선형 액추에이터의 설계 및 해석을 제안한다. 자기 기어링(magnetic gearing) 효과에서 영감을 받은 FM-선형 액추에이터에 대한 상세한 설계 프레임워크를 제안하며, 여기에는 슬롯-폴 페어(slot-pole pair) 개수의 선택과, 동작 고조파 특성에 기반한 최적 기하학적 파라미터의 할당이 포함된다. 최적 모델을 사용하여 갠트리 시스템에서 액추에이터의 실현 가능성을 확인하기 위해 무부하 및 전부하 조건에서의 전자기 성능을 수행한다. 2D 및 3D 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA)을 통해 얻은 결과를 검증하기 위하여 시제품을 제작한다.

이 논문은 다섯 축 갠트리 로봇 시스템의 선형 구동기(linear actuator)로 사용되는, 이중 비정상성(saliency) 플럭스 변조 영구자석 선형 동기 모터에 대해 추력 리플(thrust ripple) 특성을 연구하기 위한 상세한 수학적 dqn 축 동적 모델링을 제안한다. 모델을 도출하기 위해, 교차 결합 인덕턴스가 dqn 축의 동적 전압 방정식에 미치는 영향을 분석하여 기계의 이중 비정상성을 고려한다. 도출된 모델을 사용하여 전자기 추력과 추력 리플과 같은 전자기 성능을 정식화함으로써 초기 설계 단계에서 추력 리플의 최대 한계를 확인한다. 전체 과정은 2-D, 3-D 유한요소해석(finite element analysis)과 구동 조건 하에서 제작된 시제품을 통해 검증된다.

본 논문은 컴퓨터 수치 제어(CNC) 선반에서 50 kN를 초과하는 강한 클램핑(그립핑) 힘을 측정하기 위한 힘 감지 메커니즘의 적합성을 평가한다. 유한요소해석(FEA)을 사용하여 클램핑 힘이 척(chuck) 조(jaw)에 미치는 영향을 검토하였으며, 특히 전면 표면에서 상당한 응력과 변형이 나타남을 확인하였다. 이러한 해석 결과에 근거하여 스트레인 게이지 로드셀과 피에조저항(piezoresistive) 센서를 추가 평가를 위해 선정하였다. 실험 결과, 두 센서 모두 높은 힘을 측정할 수 있었으나, 스트레인 게이지 로드셀은 고도의 기계적 응력 하에서도 정확성과 신뢰성을 유지하며 피에조저항 센서보다 우수한 성능을 보였다. 센서가 통합된 조 시스템을 개발하여 가공 조건에서 실시간 힘 측정을 제공하였다. 향후 연구에서는 센서 피드백을 기반으로 실시간 모터 토크 제어 시스템을 통합하여, 충분하지 않은 클램핑 힘으로 인한 위험과 공작물 손상을 방지함으로써 CNC 작업의 안전성과 정밀도를 향상시키는 것을 목표로 한다.

본 연구는 고속 철도 견인 적용을 위한 견인 모터로서 내부 영구자석 동기전동기(IPMSM)에 대한 전자기-기계적 모델링을 제안한다. 초기 모델링을 바탕으로, 견인 모터의 전반적인 견고성을 향상시킬 수 있는 기계 모델 수정 사항을 제안한다.

본 연구는 고속 열차(HST) 견인 모터에서 내부 영구자석 동기 모터(IPMSM)를 이용하여 교류(AC) 권선 손실을 최소화하기 위한 심층 분석을 제시한다. 분산 견인(DT) 시스템에 초점을 맞추어, 본 연구는 고전압 권선 효율을 향상시키기 위해 서로 다른 직사각형 도체(컨덕터) 구성과 슬롯 웨지(slot wedge) 설계를 평가한다. 유한요소해석(FEA)과 모터 구동 회로 시뮬레이션을 통합하여, 각 구성에 따른 AC 권선 손실을 평가하고 전체 효율을 극대화하는 최적 설계를 도출한다. 선택된 구성은 누설 자속에 의해 유기되는 와전류 손실, 스킨 효과(skin depth), 그리고 근접 효과(proximity effects)를 감소시키는 것으로 나타난다. 이 구성을 프로토타입 제작 및 다이나모미터(dynamometer) 시험을 통해 검증하여, FEA 예측을 확인한다. 본 연구 결과는 견인 모터에서의 AC 권선 손실에 대한 이론적 이해에 기여할 뿐만 아니라, AC 권선 손실을 최소화하여 보다 효율적인 견인 모터를 설계하기 위한 실무적 지침을 제공함으로써 고속 열차 시스템의 발전에 핵심적인 역할을 한다.