VCM의 변위별 전자장 해석

이번 호에서는 ANSYS AIM에서 Magnetics를 이용한 VCM(Voice Coil Motor)의 변위에 따른 Force 데이터 추출 방법을 소개하겠다.

■ 이상현 | 태성에스엔이의 EBU 팀에서 맥스웰(Maxwell)을 이용한 전자기장 분야의 기술지원 및 교육, 프로젝트 업무를 담당하고 있다.
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이번 호에서 소개하는 예제는 ANSYS AIM을 이용하여 VCM(Voice Coil Motor)에 대해 변위 별 전자장 해석을 수행하는 방법을 설명한다. 이 해석을 통해 자계해석을 위한 손쉬운 설정 방법에 대해 알아보자.
예제 모델은 심플한 VCM이고 자석(Magnet), 코일(Coil), 요크(Yoke), 플레이트(Plate)의 4가지 형상으로 구성되어 있다. 자석 주변에는 요크와 플레이트가 있고, 자석 외부에는 구리(Copper) 재질의 코일이 감겨 있다. 이 코일에 DC 전류를 흘리면 자계가 발생하고 자석과 코일 간에 전자기력이 형성된다. 그리고 경계조건에 사용되는 리전(Region)은 AIM에서 지오메트리(Geometry)를 불러 올 때 자동으로 생성하고, 전류가 인가되는 면은 SCDM으로 모델링한다. 마지막으로 자석의 Move 조건과 출력되는 코일의 Force에 파라미터를 주어 워크벤치(Workbench)의 Parameter Set에서 솔빙 및 후처리 작업을 한다. 예제의 해석 진행순서는 다음과 같다.

■ AIM template를 이용하여 Magnetics를 선택한다.
■ 형상을 불러온다.
■ SCDM에서 Move 조건 및 입력조건에 사용되는 면을 생성한다.
■ 재질정보와 입력조건, 출력을 설정한다.
■ 해석을 진행한다.
■ Force 데이터를 Parameter 처리한다.
■ 워크벤치의 Parameter Set에서 솔빙 및 후처리 작업을 한다.

1. 문제 설명
ANSYS AIM에서 CAD 형상을 불러와서 정상상태에서의 변위 별 전자장 해석을 수행하고 출력으로 코일의 Inductance, Fields 분포를 확인할 수도 있는데, 주 목적은 코일이 받는 Force를 변위 별로 출력하는 것다. 자석 주변에는 구리 재질의 코일이 있고, 이 코일에 DC 전류가 흘러서 자계가 생성된다. 자석과 코일 간에 전자기력이 형성된다.
<그림 1>은 해석 예제로 사용될 VCM 형상이다. 가운데 원기둥 형태의 자석이 있고 외부에 요크와 플레이트, 코일로 이루어져 있다.

 
그림 1. VCM의 형상