코깅 토크와 구동 리플을 구분하기 위해서는 먼저 구동되지 않은 상태의 샤프트 토크를 로터 각도에 따라 그래프로 표시하는 것부터 시작합니다. 이상적인 슬롯리스 BLDC 모터는 기존의 톱니와 관련된 코깅 현상이 없으므로, 잔류 패턴을 조사해야 합니다.

그런 다음 구동 토크, 위상 전류 및 로터 각도를 동시에 측정합니다. OEM 엔지니어는 설계 변경을 제안하기 전에 제어된 비교를 통해 자기적 멈춤 현상, 기계적 저항 및 전류 의존적 교란을 구별할 수 있습니다.

슬롯리스 BLDC 모터에서 코깅 토크와 구동 토크 리플을 구별하는 요인은 무엇인가?

이상적인 슬롯리스 고정자가 기존의 코깅 토크를 나타내지 않는 이유

슬롯이 있는 모터에서, 로터 자석은 고정자 치아를 통과할 때 변화하는 자기 리락턴스에 직면합니다. 이러한 상호작용은 위상 전류가 흐르지 않을 때에도 위치에 따른 코깅 토크를 발생시킵니다.

이상적인 슬롯리스 고정자는 이러한 전통적인 현상의 원인이 되는 치아와 슬롯의 기하학적 구조를 제거합니다. 그러나 베어링, 자기 비대칭성, 편심, 또는 전원이 공급되지 않은 상태에서 발생할 수 있는 모든 주기적 토크의 원인을 제거하지는 않습니다.

원인이 밝혀질 때까지 반복적으로 발생하는 전원이 공급되지 않은 자기적 교란을 ‘잔류 데텐트 토크’라고 부르십시오. 모든 저속에서의 진동을 ‘코깅’이라고 부르면 OEM 팀이 불필요한 고정자 재설계를 진행하게 될 수 있습니다.

• 자기적 가능성: 로터나 자석의 비대칭성은 고정자 슬롯이 없더라도 위치에 고정된 교란을 일으킬 수 있습니다.
• 기계적 가능성: 베어링, 커플링 및 고정 장치의 정렬 불량으로 인해 주기적이거나 방향에 따라 달라지는 저항이 발생할 수 있습니다.
• 측정 시 주의사항: 각도 고정 파형만으로는 자기력이 그 원인임을 증명할 수 없습니다.

모터에 전원이 공급되면 무엇이 달라질까요?

전원이 공급될 때 발생하는 토크는 권선 전류가 로터 자기장과 상호작용하여 생성됩니다. 그 순간값은 역기전력 고조파, 전류 왜곡, 정류 동작 및 위치 추정치에 따라 달라질 수 있습니다.

거의 특징이 없는 무전원 파형이라도 전원이 공급되면 눈에 띄는 리플이 동반될 수 있습니다. 반대로, 전원이 공급되지 않은 상태에서 나타나는 미세한 데텐트 성분은 전류에 의존하는 더 큰 파형 내에서 여전히 식별될 수 있습니다.

OEM의 의사결정을 위해서는 다음 두 가지 질문을 구분해야 합니다: 명령 전류가 없는 상태에서 샤프트 회전을 방해하는 요인은 무엇이며, 지정된 전원 공급 작동 조건에서 나타나는 토크 변동은 무엇인가?

잔류 데텐트 토크는 자기 잠재 에너지 및 로터 위치와 관련이 있는 반면, 구동 리플은 전기 토크가 생성되는 동안 발생하는 변동을 나타냅니다. 겉보기에는 비슷해 보이는 그래프라고 해서 물리적 원리나 시정 조치가 동일하다는 것을 의미하지는 않습니다.

브러시리스 DC 모터 범주는 제품의 맥락을 제공하지만, 평가 대상인 개별 설계에 대해서는 슬롯리스 구조와 전기적 파라미터를 반드시 확인해야 합니다.

신뢰할 수 있는 토크 측정 테스트는 어떻게 구성해야 할까요?

미세한 토크 변동을 포착할 수 있는 센서를 선택하십시오

토크 변환기의 측정 범위를 예상 평균 부하 및 외란 진폭에 맞추십시오. 측정 범위가 지나치게 넓으면 미세한 변동이 감춰질 수 있으며, 용량이 부족하면 시동 시나 과도 현상 중에 계측기에 과부하가 걸릴 수 있습니다.

정확도, 분해능, 교정 범위, 노이즈 플로어 및 사용 가능한 대역폭을 별도로 기록하십시오. 센서는 평균 토크를 정확하게 보고할 수 있지만, 정류와 관련된 미세한 특징을 분해하지 못할 수도 있습니다.

반복 가능한 기계적 기준점을 사용하여 로터 위치를 측정하십시오. 로터에 p개의 극쌍이 있는 경우, 전기 각도는 p × 기계적 각도 + 오프셋과 같으며, 모든 각도는 동일한 각도 단위로 표시됩니다.

센서 데이터시트뿐만 아니라 전체 데이터 수집 체인을 확인하십시오. 필터링으로 인해 좁은 피크가 감소할 수 있으며, 채널 간 지연 시간이 일치하지 않으면 토크 이벤트가 관련 전류 변화와 분리된 것처럼 보일 수 있습니다.

• 타이밍: 토크, 인코더 및 전류 채널에 대해 공유된 획득 클럭이나 검증된 타임스탬프 정렬을 사용하십시오.
• 대역폭: 아날로그 및 디지털 필터를 문서화하면서, 에일리어싱 없이 관련 고조파 성분을 포착하십시오.
• 보정: 비교 데이터를 수집하기 전에 토크 제로, 트랜스듀서 극성, 인코더 방향 및 전류 센서 극성을 확인하십시오.

제어 고정구의 마찰, 순응도 및 온도

드라이브 고정 장치가 토크 맥동을 유발하는 경우, 교란이 적은 모터라도 작동이 거칠게 보일 수 있습니다. 커플링 편심, 베어링 예압, 케이블 힘 및 샤프트 정렬 불량은 모두 기준선 점검이 필요합니다.

실용적인 경우, 테스트 모터 없이 또는 적절한 기준 어셈블리를 사용하여 외부 드라이브 및 커플링의 특성을 분석하십시오. 모든 고정구 영향이 차감될 수 있다고 가정하기보다는, 기준값에 무엇이 포함되는지 기록하십시오.

장착 방향, 커플링 스택, 센서 위치 및 권선 온도를 추적 가능하게 유지하십시오. 열팽창은 예압을 변화시키며, 따뜻한 베어링과 차가운 베어링은 동일한 드래그를 발생시키지 않을 수 있습니다.

동력 시험의 경우, 샤프트에서 측정된 토크에는 부하 관성 및 기계적 순응도의 영향이 포함될 수 있습니다. 공진이 작은 자극을 증폭시킬 수 있으므로, 센서 신호가 크다고 해서 반드시 에어갭 토크 리플이 크다는 의미는 아닙니다.

측정 채널	무동력 시험	동력 공급 시험	주요 점검 사항
축 토크	저속 반응 토크	평균 토크 및 리플	교정, 대역폭, 과부하 여유
로터 인코더	기계적 각도 기준	각도 및 속도	방향, 인덱스 안정성, 타이밍
위상 전류	자극이 무시할 수 있을 정도로 작은지 확인	실제 권선 전류 파형	오프셋, 극성, 샘플링 정렬
온도	초기 및 최종 상태	작동 열 상태	비교 가능한 베어링 및 권선 조건
고정구 기준선	드래그 및 주기적 아티팩트	동적 및 하중 의존적 아티팩트	재장착 후 반복성

잔류 무전원 토크는 어떻게 측정합니까?

1단계: 자계 제거 및 단자 상태 기록

모터 구동 장치를 비활성화하고 명령된 상 전류가 남아 있지 않은지 확인합니다. 전원 공급이 중단된 상태에서의 자기 고정력 평가를 위해서는, 의도치 않게 상이 단락되는 것보다 권선 단자를 개방 회로로 연결하는 것이 일반적으로 바람직합니다.

권선이 단락된 상태에서는 로터가 회전할 때 유도 전류가 흐를 수 있어 속도에 따라 달라지는 전자기 제동이 발생할 수 있습니다. 개방 회로에서도 미세한 기생 효과가 남아 있을 수 있으므로 연결 상태를 명확히 명시하십시오.

외부 회전 시스템이 의도하지 않은 경로를 통해 컨트롤러로 역전류를 공급할 수 없는지 확인하십시오. 권선 연결 상태, 컨트롤러 절연 방법, 주변 환경 조건 및 초기 모터 온도를 기록하십시오.

전기적 절연은 명령이 비활성화된 상태에서 추론하기보다는 직접 확인해야 합니다. 연결된 인버터, 보호 회로 또는 측정 프로브는 외부 회전 중에 기준선을 변경하는 전도 경로를 남길 수 있습니다.

• 안전: 단자 연결을 변경하거나 축을 외부에서 회전시키기 전에 적절한 절연 절차를 따르십시오.
• 추적성: 저장된 각 파형에 사용된 정확한 고정 장치 및 전기적 상태를 식별하십시오.

2단계: 토크와 기계적 로터 각도의 상관관계 파악

대략 일정한 속도로 샤프트를 천천히 여러 번 완전히 기계적으로 회전시키십시오. 토크가 극히 작은 경우, 준정적 각도 단계별 측정 방법을 사용하면 동적 효과와 위치 효과를 분리하는 데 도움이 될 수 있습니다.

예시적인 외부 테스트 구성; 이 이미지는 특정 모터의 고정자 구조를 나타내는 것이 아닙니다.

토크와 각도를 함께 측정하고, 시계 방향과 반시계 방향으로 반복합니다. 비교 시 반전으로 인해 겉보기 자기 성분이 실수로 반전되지 않도록 일관된 부호 규칙을 사용하십시오.

정상 위치 효과를 추정할 때는 가속 및 정지 구간은 제외하십시오. 가속 중인 회전자에는 관성 토크가 발생하며, 이러한 기여도는 코깅 토크나 데텐트 토크의 증거가 아닙니다.

구동 속도가 변동하는 경우, 겉보기 토크의 피크가 이러한 변동과 일치하는지 확인하십시오. 스캔을 더 느린 속도로 반복하거나 고정된 각도 단위로 수행하면 관성과 관련된 설명을 검증하는 데 도움이 됩니다.

예시: 반복된 회전 시 거의 동일한 기계적 각도 근처에서 좁은 특징이 나타납니다. 이러한 재현성은 조사를 정당화하지만, 아직 모터에서 발생한 것인지 고정 장치에서 발생한 것인지 확인하지는 못합니다.

3단계: 패턴이 자기적, 마찰적, 또는 인위적인지 테스트하기

마찰은 일반적으로 운동에 저항하므로, 회전이 역전되면 그 기여도의 부호가 바뀝니다. 하나의 물리적 토크 관례에 따라 표현된 보수적인 자기적 위치 의존 토크는 이동 방향이 바뀌는 것만으로는 반전되지 않습니다.

따라서 정방향 및 역방향 트레이스를 정렬하여 비교하면, 방향이 짝수인 성분과 홀수인 성분을 구분하는 데 도움이 될 수 있습니다. 마찰이 스틱-슬립, 히스테리시스 또는 속도 의존성을 보일 때는 이는 단지 추정치에 불과합니다.

• 방향 비교: 로터의 절대 위치보다는 운동 방향을 따르는 오프셋을 찾으십시오.
• 속도 비교: 점성 손실, 와전류 효과 또는 동적 아티팩트를 파악하기 위해 다른 저속에서 반복하십시오.
• 고정구 비교: 정렬을 재확인하거나 어셈블리를 다시 장착하여 주기적인 특징이 이동하거나 변화하는지 확인하십시오.
• 자기적 원인 규명: 독립적인 검증을 통해 뒷받침되는, 위치에 따라 지속적으로 나타나는 성분에 대해서만 해당 라벨을 부여하십시오.

이 단계의 결과는 비구동 상태의 교란 맵이며, 자동으로 측정된 코깅 토크 사양은 아닙니다. 방향, 속도, 온도 및 불확실성 메타데이터를 보존하십시오.

제어된 조건에서 전원 공급 시 토크 리플을 어떻게 측정합니까?

1단계: OEM 듀티 사이클에서 작동점을 선택합니다.

모터를 가동하기 전에 목표 샤프트 속도, 부하 토크, 버스 전압, 제어 모드 및 열 상태를 정의하십시오. 단일 무부하 운전만으로는 부하가 가해진 운동 축을 대표할 수 없습니다.

부드러운 인덱싱이나 안정적인 위치 결정이 중요한 경우에는 저속 작동점을 포함하고, 맥동이 기계 시스템을 자극할 수 있는 경우에는 대표적인 부하 작동점을 포함하십시오. 각 시험 조건을 재현 가능하게 유지하십시오.

예시: 특정 부하 속도를 유지하는 동안에만 진동이 나타나는 축이 있습니다. 고속 무부하 파형을 결정적인 증거로 간주하기보다는 해당 작동점 근처에서 테스트하십시오.

2단계: 토크, 로터 각도 및 실제 위상 전류를 함께 측정

동기화된 시간 기준에 따라 샤프트 토크, 로터 각도, 속도 및 측정된 상 전류를 수집하십시오. 전류 명령만으로는 불충분합니다. 실제 권선 전류는 지연되거나 왜곡되거나 포화될 수 있습니다.

예시적인 외부 테스트 구성; 이 이미지는 특정 모터의 고정자 구조를 나타내는 것이 아닙니다.

안정적인 기계적 회전 몇 회분을 보존하고 원시 샘플을 유지하십시오. 리플 크기를 계산하기 전에 동기화 지연, 인코더 보간, 토크 채널 위상 변이 및 항앨리어싱 필터링을 점검하십시오.

각도에 따른 재샘플링은 차수 분석에 유용하지만, 노이즈 및 비정상 현상의 표현을 변경합니다. 스위칭 과도 현상이나 속도 제어 진동을 조사하려면 원본 시계열 데이터를 보존하십시오.

• 전기적 기준: 테스트 대상 어셈블리의 극쌍 수와 로터 전기각 오프셋을 확인하십시오.
• 기계적 기준: 토크 센서가 커플링, 부하 관성 및 지지 베어링에 대해 어디에 위치하는지 기록하십시오.
• 분석 창: 시동, 가속 및 정상 운전 단계를 혼합하지 말고, 정상 운전 구간을 사용하십시오.

브러시리스 DC 모터 드라이버 정보는 제어기 관련 검토 질문을 구성하는 데 활용될 수 있으며, 테스트 대상 드라이브에 대한 실제 스위칭, 정류, 감지 및 전류 루프 설정은 반드시 문서화해야 합니다.

3단계: 한 가지 조건을 의도적으로 변경

속도와 온도를 가능한 한 정밀하게 제어하면서 지정된 부하-전류 레벨 전반에 걸쳐 테스트를 반복하십시오. 그런 다음 대역폭 및 공진 효과도 변할 수 있음을 유념하며 속도 변화를 검토하십시오.

제어 시스템이 허용하는 경우, 잘 문서화된 전류 제어 또는 위치 보정 설정을 비교하십시오. 컨트롤러 조정 후 토크 구조의 변화는 단서가 될 수는 있으나, 인과관계에 대한 즉각적인 증거는 아닙니다.

정방향 및 역방향 구동 테스트를 통해 비대칭 마찰이나 제어 거동을 파악할 수 있습니다. 먼저 샤프트 토크와 각도 기준을 정규화하지 않은 상태에서 원시 부호 트레이스를 비교해서는 안 됩니다.

측정된 토크 변동을 그 원인에 어떻게 귀인할 수 있을까요?

비교하기 전에 각도 기준 파형을 정렬하십시오

인코더 데이터를 사용하여 시간 영역 토크 신호를 기계적 각도 좌표로 변환하십시오. 동일한 각도, 방향 및 안정적인 작동 구간을 비교하고, 관련 없는 피크를 수동으로 시각적으로 정렬하지 마십시오.

정의된 각 구동 시험 내에서 평균 샤프트 토크와 변동 성분을 분리하십시오. 리플이 피크 대 피크 토크, RMS 변동, 또는 지정된 고조파 진폭 중 어느 것으로 보고되는지 명시하십시오.

피크 대 피크 값은 명시된 분석 창 내에서 측정된 최대 토크에서 최소 토크를 뺀 값으로, 단위(N·m)로 표시됩니다. 두 개의 파형이 서로 다른 로터 위치에서 피크에 도달하거나 관련 없는 외란으로 인해 발생하더라도 이 수치를 공유할 수 있습니다.

예시: 한 로터 각도에서 작은 비전력 특성이 반복적으로 나타나는 반면, 더 큰 전력 특성은 전류 제어 설정에 따라 변동합니다. 이 비교 결과는 별도의 검사가 필요한 두 가지 메커니즘이 있음을 시사합니다.

기계적 및 전기적 차수 분석 사용

차수 분석은 주기적 성분을 기계적 회전당 사이클 수로 표현합니다. 고정된 기계적 차수에 나타나는 성분은 모터, 커플링, 부하 또는 측정 장치에서 기인할 수 있습니다.

전기 각도는 극쌍이 한 번 통과할 때마다 전기 주기 하나씩 증가하므로, p개의 극쌍을 가진 모터의 경우 기계적 회전당 p 주기로 전기 기본 성분이 발생합니다.

전류 고조파 및 토크 고조파는 기계적 외란과 동일한 차수 위치에서 나타날 수 있습니다. 토크 특성을 측정된 전류 및 각도와 대조한 다음, 제어된 변화를 통해 결과를 확인하십시오.

• 각도 고정: 동일한 인코더 위치에서의 반복은 주기성을 나타낼 뿐, 자기적 원인을 의미하지는 않습니다.
• 전류 상관관계: 공통 주파수나 차수가 확인되면 추가 조사가 필요하지만, 이것만으로는 토크의 원인을 단정할 수 없습니다.
• 위상 거동: 인코더 제로 위치와 신호 처리 지연을 유지한 상태에서 작동점 전반에 걸쳐 고조파 위상을 비교하십시오.

전원 공급 전후의 피크 대 피크 수치를 서로 빼지 마십시오

피크 대 피크 값을 서로 빼면 각 교란이 발생하는 시점을 고려하지 못하게 됩니다. 진폭이 동일한 두 파형은 위상 관계가 일치할 때 서로 강화될 수 있고, 위상 관계가 다를 때는 부분적으로 상쇄될 수 있습니다.

이 문제는 단순한 산술 문제보다 더 심오합니다. 모터에 전원을 공급하면 자력, 베어링 하중, 전류에 의한 발열 및 작동 역학이 변화하며, 마찰 및 고정 장치의 반응이 기준값과 더 이상 일치하지 않을 수 있습니다.

기본 조건과 전달 경로가 유사한 경우, 각도가 정렬된 파형을 차감하여 구성 요소를 추정할 수 있습니다. 잔차를 해석하기 전에 해당 가정을 문서화하고 측정 불확실성을 전파해야 합니다.

예를 들어, 속도에 따른 고정 장치의 저항을 고려하지 않고 전원이 공급된 트레이스에서 전원이 공급되지 않은 트레이스를 제거하면, 실제로는 시험 인공물인 것처럼 보이는 전자기 고조파가 생성될 수 있습니다.

잔차를 계산할 때는 절대값을 뺄셈하는 대신 부호가 있는 파형을 유지하십시오. 각도 기준, 보간 방법, 동작점 불일치 및 각 기여 측정의 불확실성을 기록하십시오.

독립적인 변경을 통해 의심되는 원인을 확인하십시오

예상치 못한 각 특징에 대해 가설과 판별 테스트를 할당하십시오. 조건을 변경하지 않고 반복 실험을 수행하면 일관성을 확인할 수는 있지만, 어떤 구성 요소가 교란을 일으켰는지를 파악하는 경우는 거의 없습니다.

관찰된 패턴	가능한 원인	검증 조치
전원 공급되지 않은 상태에서 각도가 고정된 변동	잔류 고정 토크 또는 고정구 형상	방향 반대로 전환한 후 고정구를 재점검하십시오
방향에 민감한 오프셋	마찰 또는 히스테리시스	일치하는 정방향 및 역방향 스윕 비교
부하 전류에 따른 리플 변화	전자기 토크 또는 변경된 기계적 하중	전류 고조파 및 열 상태 비교
정류 이벤트 근처의 외란	전류 왜곡 또는 위치 오차	동기 전류 및 회전자 각도 점검
재장착 후 나타나는 주기적인 특성 변화	결합, 정렬 또는 센서 이상 현상	기준선 테스트 및 전원 공급 테스트를 반복하십시오
속도에 따른 리플 변화	동적 공진, 항력 또는 제어 응답	제어된 속도 스윕 및 대역폭 점검을 수행하십시오

예시: 인코더 오프셋 보정 후 토크 고조파가 약해지고, 측정된 전류 왜곡도 함께 감소합니다. 이는 부하 조건이 변하지 않은 상태에서 재시험을 진행하기 전까지 제어 관련 원인을 뒷받침합니다.

OEM 엔지니어는 토크 평활도를 어떻게 사양화하고 검증해야 할까요?

전원 미공급 상태와 전원 공급 상태의 요구 사항을 별도로 작성하십시오

정의된 각도 범위, 회전 방향, 속도 또는 준정적 방법, 온도를 사용하여 무부하 잔류 토크를 명시하십시오. 그 메커니즘에 대한 증거가 없는 한, 이 값을 기존의 코깅(cogging)이라고 부르지 마십시오.

명시된 속도, 토크, 전압, 온도 및 제어기 설정에서 구동 시 리플을 정의하십시오. 적합성 판단에 사용되는 통계량과 대역폭을 명시하십시오. 한계값은 해당 애플리케이션의 진동 및 위치 결정 요구 사항을 따라야 합니다.

평균 토크에 대한 백분율 표기는 부하 조건 하에서 비교하는 데 도움이 될 수 있으나, 평균 토크가 0에 가까워지면 불안정해집니다. 백분율 정규화가 오해를 불러일으킬 수 있는 경우에는 절대 N·m 기준을 사용하십시오.

재분석이 가능한 증거를 요청하십시오

간단한 요약 도표만으로는 완전한 적격성 기록이 될 수 없습니다. 각 결과를 재현할 수 있도록 동기화된 원시 데이터, 각도 기준 처리 곡선, 분석 설정 및 충분한 맥락 정보를 요청하십시오.

재현성 평가에는 별도의 시험 실행이 포함되어야 하며, 가능한 경우 모터를 제거하고 재설치하는 과정도 포함되어야 합니다. 신중하게 조정된 하나의 커플링 위치에만 의존하여 합격 여부를 결정하는 것은 양산 승인에 대한 설득력 있는 근거가 되지 못합니다.

• 모터 식별 정보: 모델 개정판, 검증된 고정자 구조, 극쌍 수, 샤프트 인터페이스 및 권선 구성을 기록하십시오.
• 작동 조건: 각 실행에 대한 전압, 속도, 부하, 온도, 회전 방향 및 제어기 구성을 기록하십시오.
• 측정 체인: 센서 교정, 인코더 기준, 샘플링 속도, 필터링, 정렬 및 고정구 기준선을 기록하십시오.
• 결과: 무전원 맵, 전원 공급 시 트레이스, 고조파 스펙트럼, 반복 시험 결과 및 불확도 추정치를 제공하십시오.
• 처리 방안: 해결되지 않은 패턴, 제안된 시정 조치, 그리고 승인을 위해 필요한 정확한 재시험을 명시하십시오.

모델별 엔지니어링 인계에 합의

Gian Transmission은 슬롯리스 설계 옵션 및 5V 전압 범주를 포함한 맞춤형 브러시리스 모터 옵션을 나열합니다. 이러한 범주 설명은 사진에 표시된 개별 모델의 구조나 정격 사양을 확정하는 것은 아닙니다.

OEM 검토를 위해 토크 한계를 설정하기 전에 선택한 설계의 전기적 매개변수 및 기계적 인터페이스를 확인하십시오. 모터 개정을 평가할 때는 컨트롤러 설정을 고정된 상태로 유지하십시오. 제어 변경 사항을 테스트할 때는 동일한 모터를 사용하고 기준 구동을 반복하십시오.

공급업체와의 조정이 필요한 경우, 담당자 연락처를 통해 모델별 테스트 개요를 전달하십시오. 인계 자료에는 승인된 작동점, 단자 조건, 동기화된 측정 요구 사항, 파형 정의, 고정구 제어, 승인 기준 및 해결되지 않은 모든 이상 현상에 대한 책임자가 포함되어야 합니다.