[HBM]eDrive 토크 리플이란? 원인 분석(Torque ripple)

 

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앞서 시간에 토크에 다이나믹 로드가 걸렸을 때 순간 토크와 평균 토크에 대해 알아보았습니다. 이번 시간에는 안정상태 후의 Ripple에 대해 알아보겠습니다.

 

아래에 결과 값들은 HBM의 eDrive로 측정한 결과치 입니다. 

 

 

토크 리플(Torque Ripple)이란?

위 그림은 Dynamic Load에서의 토크를 측정한 값입니다. 위쪽 그림을 보시면 일정 시간 후 Torque가 안정 됩니다. 안정된 토크를 확대해서 확인한 그림이 아래쪽 그림입니다. 아래 쪽 그램에서 Instant Torque에서 Ripple과 같은 현상을 확인할 수 있습니다. 

 

 

 

 

토크 리플(Torque Ripple) 발생 원인

 

토크 리플의 원인은 크게 2가지로 분류 될 수 있습니다.

 

• 입력 전류
• 모터의 기계적 구조

 

아래는 입력 전류에 의한 리플입니다.

 

위 그림에서 첫번째 그림은 모터에 들어가는 3상 전류 값이고 두번째 그림은 토크 측정 값입니다. AC 모터는 전류에 비례해서 토크 값이 나옵니다. 그리고 토크는 각 상의 Evelope 성분에 의해 결정 되는 데 그림과 같이 상(Phase)이 변화면서 AC 성분이 발생하게 됩니다. 이러한 특성에 의해 토크 리플이 발생하게 됩니다. 

 

• 토크는 전류의 Peak 값을 따라감
• 상의 개수와 RPM에 비례해서 리플 주파수(Frequency)가 올라감
• RPM은 토크와 반비례해서 RPM의 증가는 동일 토크를 내기 위해 전류의 주파수를 증가해야 함

 

 

 

다음은 기계적인 구조에 의한 리플 발생입니다.

 

위와 같은 구조의 모터에서 N, S는 고정자(Stator)로 영구자석(Permanent Magnet)입니다. 자속과 선이 일치하는 구간에서는 가장 큰 토크가 발생합니다. 하지만 회전을 하여 자속(Flux)을 충분히 받지 못하는 직각 위치에 있을 경우 토크가 약해지게 됩니다.  이를 코깅(Cogging) 현상이라고도 합니다.

 

이를 보완하기 위해서 영구 자석과 로터(Rotor)의 전선을 많이 배치해서 일정한 토크가 발생하게 만들지만 토크에 리플이 발생하는 것을 원천적으로 방지하지는 못합니다.