Motor-CAD Ver 9

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Motor CAD Thermal Analysis

열 해석이 필요한 이유 및 사용처

• 모터의 크기와 열에 상관관계

• 열에 제한을 받는 이유(요소)

– Bearing의 수명

– Magnet의 Flux영구 손실

– Plastic cover

– Encoder

– Housing

• Winding의 절연처리는 기계의

수명과 관련

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• Design Optimisation – MotorCAD는 설계 과정의 필수적인 역할을 합니다.

전자 및 기계 설계와 열 회로를 최적화 함으로써 진정한 최적의 설계가 가능합니다. 종종 열 설계는 개발

과정에 끝까지 함께하며, 모터 생산을 변경하기 늦은 시점에서도 적용하여 이용할 수 있다.

• Rapid Quantification of Design Changes – 재료 또는 제조 과정의 변경을 제안 할 수 있으며, 설계자가

신속하게 변경된 모터의 성능에 대한 효과를 정량화 할 수 있다.

• Parameter Estimation – 온도에 영향을 주는 핵심 파라미터의 들의 값을 직접 측정하기 어려운 경우가 있

다. (Interface gap, rotor losses 등) 많은 경우에 이러한 변수를 쉽게 측정 할 수 있는 제시되는 데이터와

MotorCAD의 출력을 일치시켜 추정할 수 있다.(구성요소의 온도와 고정자의 손실 등)

일치하는 온도의 측정 값이 도출될 때 까지 입력 파라미터의 값을 수정하여 역으로 얻을 수 있다.

특징

쉬운 입력방식

• 정면, 측면에서의 Geometry입력

• 시각적 Feedback

• 색에 따른 각 형상의 표시

(Lamped circuit도 동일)

• 다양한 파라미터 형상 보유

• 시트 별로 나뉘어 있어 항목 선택이 쉬우며 파라미터의 간단한 변경

• 다양한 냉각 방식 보유 하여 선택 적용 가능

• 주위 환경에 대한 입력 가능

• 즉각적인 시각화 지원

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Setting

• 최초 사용시 작업 환경에 맞는 단위를 정합니다.(단위를 작업 중에 변경하면 자동으로 치환되어 기존 입력값들이 변하므로 언제 변경해도 상관없음)

• 화면 글자 크기 조정

• 최호 프로그램 실행 시 바로 보여지는 회전기 타입 결정

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Geometry – Radial, Axial

• Top down방식으로 6가지의 항목을 제공한다.

• 하단의 수치는 개수 또는 길이 단위의 입력 입니다.

• 각각의 입력은 약어로 되어 있으므로 좌측 하단의 창 에 간략한 설명이 있습니다..

• 모든 형상의 입력 시 우측의 회전기 형상을 자동으로 변경됩니다.

• 형상에서 직접 크기를 측정할 때는 “Ctrl+마우스 좌클릭” 을 이용하여 빠르게 값을 잴 수 있다.

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Geometry – 3D

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• 앞에서 입력한 형상을 3D로 모의하여 볼 수 있는 기능으로 형상의 입력이나 수정은 불가능 합니다.

• 각각의 영역은 좌측의 항목을 우클릭 함으로써 투명도를 개별 설정할 수 있으며, 원하는 형상만을 선택하여 시각화 할 수 있다.

• Viewer Controls을 이용하여 시각적으로 다양한 방향에서 회전기를 볼 수 있다.

Winding

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• 형상의 입력과 동일한 방법을 취하며, 권선은 1종류만 입력 할 수 있다.

• 권선의 형태는 하단의 를 이용하여 볼 수 있다.

• Slot내부와 권선에 대한 다양한 입력을 이 창에서 이루어 진다.

• Definition 시트 외에 의 기능을 제공하여 권선의 위치를 사용자가 임의로 변경할 수 있는 기능도 제공한다.

• 색으로 각 영역 표현 Dark Green Yellow Purple Light green

Slot liner conductor enamel Varnish/Impregnation

Input Data - Cooling

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• 형상 외의 모든 입력은 Input Data 시트에서 이루어 진다.

• Cooling에서는 냉각 방식과 냉매에 대한 입력이 이루어 지며 회전기의 형상 외의 속도 및 주위 온도 등의 다양한 입력이 있다.

• 회전기 내/외부의 냉매는 에서 추가 할 수 있다.

• 회전기 근처의 고정되어 있는 열원에 대한 입력도 가능하다.

Input - Losses

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• MotorCAD에서는 회전기 내부 열원을 Loss[Watt]값을 이용한다.

• 고장에 대한 모의도 설정 가능하다.

Input - Materials

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• Materials에서는 생성한 형상에 맞는 각 부분의 물성을 선정한다.

• Thermal Conductivity, Specific Heat, Density의 값을 필요로 하며 모든 입력이 완료된 후 무게를 이용하여 검증 할 수 있다.

• 모든 물성은 클릭하여 입력 할 수 있으며, 사용자가 새로운 물성을 입력하여 사용할 수 있다.

Input- Interfaces

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• 서로 다른 2개의 물질이 결합할 때 그 사이의 공극을 입력합니다. Details 항목에서 각 영억의 결합에 대한 계수를 제공하여, 쉽게 이용할 수 있습니다.

• Gap의 차이는 우측에 있는 Resistance 와 Conductance의 값에 변화를 줄 수 있습니다.

Input – Radiation, Natural Convection, End Space

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• 열의 복사 계수의 입력이며, 형상

및 속도 등의 입력으로

MotorCAD에서 자동으로 생성해

주지만 사용자의 필요에 따라 값

을 직접 입력하여 사용할 수 있다.

• 자연대류 계수를 입력하며

Radiation과 같이 MotorCAD에

서 자동으로 값을 생성해 준다.

단, 사용자의 필요에 따라 직접

입력할 수 있다.

• End space에서의 계수값을 이

용하여 Wafter의 질에 따라 각

각의 계수를 변경하여 입력할

수 있다.

Input – Duty Cycle

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• 시변 해석을 위한 입력이며, Duty-cycle과 Soak Back의 입력도 가능하다.

• Definition은 Duty-cycle analysis와 Soak Back 두 가지 모드에서 사용할 수 있으며, 각각의 입력의 상세 항목을 생성할 수 있다.

• Transient Start Point에서는 최초 해석 시 온도를 어떻게 반영할 지를 선정할 수 있다.

Results - Temperatures

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• Motor-CAD에서 자동으로 생성된 집중 정수 회로를 이용하여 회전기 내/외부 에서 열의 이동을 확인 할 수 있다.

• Radial, Axial 등으로 구분된 시트에서 다양한 방법으로 온도를 볼 수 있다.

• FEA는 권선에서 발생하는 열만 볼 수 있으며 기본적인 FEM법을 이용하여 빠르고 신속하게 결과를 보여준다.

• Steady-State계산과 Transient계산 둘 다 이용 할 수 있다.

Results – Output Data

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• Motor-CAD에서 수치적으로 많은 결과를 한번에 보여주는 기능입니다. 다양한 시트로 각 각의 값을 확인 할 수도 있으며 또한, 메뉴에서 Export Results 기능을 이용하여 계산된 결과를 csv 확장자로 추출할 수 도 있습니다.

Output - Transient Graph

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• 과도해석을 진행하며 클릭 시 바로 계산이 시작된다. 결과는 해석 node에 따라 달라지지만 수분 안에 결과를 확인 할 수 있으며, 수많은 그래프중에 원하는 항목을 선택하여 결과를 확인 할 수 있다.

• Setup 에서 결과를 선택하거나 기존에 만들어 놓은 항목들을 불러들여 이용할 수 있다.

Circuit Editor

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• Circuit에 사용자가 원하는 저항, 파워, 온도 차 등의 node를 생성하여 Motor-CAD에서 제공하지 못하는 다양한 계산 조건들을 사용자의 필요에 맞게 추가할 수 있는 기능입니다.

• 모든 값은 각각의 type에 맞게 입력 하여 추가할 수 있으며 추가한 내용은 형상에서 보여지지는 않으나 변경된 설정을 이용하여 계산할 수 있습니다.

Sensitivity

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• 최적의 값을 찾기 위한 다양한 변수를 Min/Max 값을 이용하여 설정하고 그 설정한 값을 통하여 입력 변위당 그때의 결과를 그래프로 볼 수 있습니다.

• 우측의 그래프와 같이 변위에 따른 그때의 결과를 볼 수 있으며 입력 변위는 2개 이상 설정도 가능합니다.

Motor-CAD Ver 9

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Motor CAD - Emag 회전기 FEM 자계 해석

특징

쉬운 입력방식

• Motor-CAD Thermal과 형상, 권선 입력 조건 공유

• 회전기 자계해석에 특화된 입력 방식 제공

• Control 입력을 통한 다양한 입력 방식 제공

• Linkage options을 통한 열 과 자계해석의 상호 커플링

• 해석 결과 – Back EMF

– Cogging Torque

– Torque

– Torque Speed Curve

– Self and Mutual inductance

– Sudden short-cirtuit

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Control

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• Drive를 통한 입력 파형 및 입력 전류 설정

• Temperatures에서 해석 온도 조건 입력

• Emagnetics – Thermal Coupling을 통하여 열해석과 자계해석의 연계 제공

• SKEW 기능을 통해 고정자, 회전자의 skew 할당 지원

Input Data

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• 회전기 각 부위의 물성(자계) 입력

• 입력 방식 설정 및 계산 방법 설정

E-Magnetics

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• Solving 기능을 통해 FEM 방식의 자계 해석 지원

• 해석 각도 프로그램의 내부 알고리즘을 이용하여 자동으로 계산해주며 모든 결과는 Output Data와 Graphs에서 제공합니다.

Results – Output Data, Graphs

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Sensitivity

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• 최적의 값을 찾기 위한 다양한 변수를 Min/Max 값을 이용하여 설정하고 그 설정한 값을 통하여 입력 변위당 그때의 결과를 그래프로 볼 수 있습니다.

• 우측의 그래프와 같이 변위에 따른 그때의 결과를 볼 수 있으며 입력 변위는 2개 이상도 가능합니다.

감사합니다.

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