10,000 lbf-in급 힌지라인 이중화 전기식 구동장치 설계 및 성능평가

정승호(Seuhg-Ho Jeong),설진운(Jin-Woon Seol),허석행(Seok-Haeng Heo),이병호(Byung-Ho Lee),조영기(Young-Ki Cho) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.2

항공기용 전기식 구동장치는 유압식 구동장치에 비해 소형/경량화에 유리하고, 힌지라인 형태의 구동장치는 공기저항이 작고 스텔스 등의 특수 목적에 적합한 특징을 가지고 있다. 본 논문에서는 10,000 lbf-in급 힌지라인 이중화 전기식 구동장치의 동작성능시험을 위한 시스템 설계 내용을 기술하였다. 영구자석전동기의 자속 기준 제어와 이중화 구동기의 torque fighting을 고려한 제어기를 설계하고, 구동장치 시스템 모델을 수립하여 성능 시뮬레이션을 수행하였다. 성능시험을 수행하여 시뮬레이션 결과와 비교하였으며 목표성능 만족여부를 확인하였다. Electro-mechanical actuator system for aircraft has advantages in compactness and its lightweight, compared to the hydraulic actuator system. Hinge line actuator has low air resistance and is suitable for special purpose such as stealth. This paper describes design contents of 10,000 lbf-in class dual redundant hinge line electro-mechanical actuator system for performance test. The control structure was designed to minimize impact of torque fighting. A mathematical model is proposed to analyze and validate the performances of actuator by comparison with experiment results.

항공기용 영구자석 동기전동기 고장진단의 기술 동향 및 분석

김민우,고상호 항공우주시스템공학회 2022 항공우주시스템공학회지 Vol.16 No.6

Recently, the technology of aircraft drivers has been transitioning from the existing hydraulically-focused mechanical system to an all-electric one due to the high precision and ease of maintenance of electric drivers. Consequently, the failure of an aircraft's electric motor can have fatal consequences. To ensure aircraft safety, efficient and timely fault diagnosis methods are required prompting the active pursuit of research into fault diagnosis technology. This paper introduces and analyses the failure types and failure diagnosis technology trends of permanent magnet synchronous motors among electric motors. 최근 항공기용 구동기는 전기식 구동기의 높은 정밀도 및 유지관리의 용이성 등으로 인해 기존 유압 중심의 기계시스템에서 전기구동 중심(More/All Electric)으로 기술이 변화하고 있다. 따라서 항공기의 전기 전동기 고장은 치명적인 결함을 넘어 인명피해로도 이어질 수 있다. 전기 전동기의 고장진단은 항공기의 안전성을 보장하는데 필수적인 요소이다. 이에 따라 효율적이고 적절한 고장진단이 요구되며 이러한 고장진단 기술 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 논문에서는 전기 전동기 중 영구자석 동기전동기의 고장 유형과 고장진단 기술 동향에 대해 소개하고 분석한다.

풍력발전기용 800kW급 직접구동형 발전기 개발

이홍기(Lee, H. G.),김동언(Kim, D. E.),서형석(Suh, H. S.),한홍식(Han, H. S.),정영규(Jung, Y. G.),이월우(Lee, W. W.),박기현(Park, K. H.),정진화(Chung, C. W.),임민수(Lim, M. S.),오만수(Oh, M. S.) 한국신재생에너지학회 2005 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.06

포항풍력에너지연구소와 (주)보국전기는 에너지 관리공단의 지원으로 2002년부터 직접구동형 풍력터빈( KBP-750D) 에 사용될 발전기 개발을 시작하여 2005년 3월 개발을 완료하였다. KBP-750D에 사용되는 발전기는 증속을 위한 gearbox를 사용하지 않는 직접 구동형이고, 영구자석을 사용하여 여자하는 형식이다. 이런 특징은 풍력발전에서 요구하는 주요 요구조건인 고 효율, 고 신뢰성을 만족시키기 위해서 매우 중요하다. 개발된 발전기는 25 rpm 에서 800 kW의 정격을 가지도록 설계되었다. 공극 직경은 3,320mm 이며, stator의 길이는 705mm, 공극은 4.5mm 이고, 극수는 84이다. 또한 전체 중량은 약 22 ton이다. 이 논문에서는 발전기의 물리설계, 공학설계, 제작 및 시험결과에 관해서 기술한다.

열유동 연성해석을 통한 대용량 직접구동형 발전기 냉각시스템의 적합성 평가

박형준(Hyung Joon Park),한승호(Seung Ho Han) 대한기계학회 2021 大韓機械學會論文集B Vol.45 No.1

해상의 일정한 풍속과 우수한 풍질로 해상풍력발전기가 선호되는 추세이나, 설치비용 및 유지 · 보수 비용이 상대적으로 높아 단위 발전기당 발전용량을 올리기 위하여 터빈이 대형화되고 있다. 저자 등에 의해 제안된 대용량 6.2 MW 하이브리드 직접구동형 발전기는 2단의 AFPM(axial flux permanent magnet) 발전기와 RFPM(radial flux permanent magnet) 발전기를 조합하여, 단위 체적 및 중량 대비 발전량이 높은 출력성능을 보여주었다. 그러나 대용량 발전기에서는 전력 생산 시 구리 및 철 손실에 의한 발열이 심하여 고정자에서 절연손상 그리고 영구자석에서 불가역 감자현상이 나타날 수 있다. 대용량 발전기의 초기설계 단계부터 고정자 및 영구자석 주위의 열전달 특성을 분석하여 발열 시 이를 냉각시킬 수 있는 냉각장치의 설계가 요구된다. 본 연구에서는 6.2 MW급 하이브리드 발전기에 적합한 강제대류 및 히트 파이프를 이용한 공랭식과 수랭식 냉각장치를 대상으로 실제 작동조건을 고려한 전자기 및 열-유동 연성해석으로 발전기의 열전달 특성을 해석적으로 평가하였다. 고정자 절연손상의 한계온도를 규정한 IEC 60076-11에 의거하여 두 냉각장치 모두 B등급을 만족하였으며, 영구자석의 불가역 감자현상에 대한 한계온도인 90°C도 충족함을 확인하였다. Offshore wind speeds tend to be faster and steadier than land wind speed. Hence, the electricity generated by offshore wind power is higher per amount of capacity in installed wind turbines. Wind turbines used in offshore environments are generally larger and taller because of reduced building and maintenance costs. The authors developed a 6.2 MW class hybrid direct-drive generator, which was constructed in two stages using 2.5 MW axial-flux permanent-magnet (AFPM) and 1.2 MW radial-flux permanent-magnet (RFPM) machines. Because heat was significantly generated owing to copper and iron losses, the AFPM and RFPM machines experienced insulation failure of stators and demagnetization of permanent magnets under sever thermal conditions. In this study, the heat transfer in the 6.2 MW class hybrid direct-drive generator using the developed cooling systems, e.g., forced-air-type and liquid-cooled-type systems, was analyzed numerically, and the actual operation conditions were considered. The results for the thermal-fluid interaction analysis of the designed cooling systems showed that the temperatures of the stators and permanent magnets decreased significantly. The cooling systems satisfied the IEC 60076-11 requirements, in which the limit temperature of the stator insulation failure was specified, and the limit temperature for the irreversible demagnetization of permanent magnets was 90°C.

영구자석 스프링과 보이스 코일 구동기를 가진 직선형 진동모터의 설계 및 해석

최정규(Jung-kyu Choi),유승열(Seong-yeol Yoo),노명규(Myounggyu Noh) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.3

직선형 진동모터가 휴대전화의 알림용이나 햅틱 인터페이스의 구동기로 적용되려면 빠른 응답속도와 긴 수명을 제공하여야 한다. 본 논문에서는 기존 직선형 진동모터를 개선하여 보이스 코일 구동기와 영구자석 스프링을 이용한 직선형 진동모터를 제시하고, 설계 제작하여 그 가능성을 검증하였다. Halbach 배열의 영구자석에 의해 구동되는 보이스 코일 구동기와 영구자석 간의 반발력을 이용하는 영구자석 스프링을 해석하고 설계하기 위해, 등가전류판 방법과 이미지 방법을 사용하였고, 방법의 적절성을 유한요소해석을 통해 검증하였다. 시작품 모터를 설계하고 제작하고, 실험을 통해 진동모터의 특성을 확인하였다. In order to use a linear vibration motor for the actuator of a haptic interface, the motor must provide a higher reaction rate and longer service life than typical rotational motors with an eccentric mass. In this paper, we propose a linear vibration motor that is equipped with a voice-coil actuator and permanent-magnet springs. To concentrate the magnetic flux in the actuator, a Halbach-style magnetization pattern is used. Permanent-magnet springs replace mechanical springs to help increase the service life. We use the method of equivalent current sheets and the method of images to analyze and model the proposed vibration motor. These methods are validated using finite element analyses and experiments. A prototype motor is designed and fabricated. Tests with the prototype show the feasibility of the proposed linear vibration motor.

확장칼만필터와 CUSUM 알고리즘을 활용한 항공기용 영구자석동기전동기 고장진단 적용

김민우(Minwoo Kim),고상호(Sangho Ko) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2023 No.05

Multiple Model을 활용한 항공기용 영구자석 동기전동기의 고장진단 및 분류

김민우(Minwoo Kim),고상호(Sangho Ko) 항공우주시스템공학회 2023 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2023 No.10

전기자동차 구동시스템용 50kW, 1500Nm급 AFPM 타입 모터 설계

김관호(Kwanho Kim),시효석(Hyoseok Shi),고경진(Kyoungjin Ko),최장영(jang Young Choi) 한국자동차공학회 2023 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2023 No.11

2MW 직접구동형 발전기의 설계 변경

김태훈(Kim, Taehun),김거화(Kim, Geohwa),원정현(Won, Junghyun),이수호(Lee, Sooho),김동언(Kim, Dongeun),정진화(Chung, Chinwha),박현철(Park, H.C.) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.06

포항공과대학교 풍력특성화대학원에서는 STX Windpower의 풍력발전기 국산화 사업의 일환으로 2MW 직접 구동형 영구자석 동기발전기의 설계를 변경 하였다. 정격 출력 2.3MW급으로 정격 RPM은 16.5, 고정자 내경은 2.1m로 128극을 가지고 있다. 본 설계 발전기는 STX93 모델을 기반으로 하고 있으며, 기존 발전기보다 더 compact하고 더 높은 효율의 발전기로 설계 변경하였다. 본 논문에서는 발전기 물리 설계와 그에 따른 전자기 해석 및 열 분석을 수행하고 손실을 계산한다. 또한, 그 결과와 절차에 대하여 요약하고 기존 발전기와 설계 발전기를 비교 분석한다.

초소형 전기자동차 구동용 15kW급 IPMSM의 체적 축소 설계에 관한 연구

송인수,김도현,송천호,이병철,김기찬 국제차세대융합기술학회 2020 차세대융합기술학회논문지 Vol.4 No.4

본 논문에서는 초소형 전기 차량용 매입형 영구자석 동기 전동기(IPMSM)의 출력밀도 향상을 위해 모터 의 크기를 직경비에 따라 축소 설계하여 체적을 줄이고 출력밀도를 향상시키는 연구를 진행하였다. 출력밀도 향상 을 위해 배터리 전압을 65(Vdc)에서 120(Vdc)로 변경하고 고정자는 200(Φ)에서 175(Φ)로 축소하였다. 이에 따라, 슬롯 면적을 확보하기 위해 고정자 직경과 회전자 직경의 비율을 변경하고 자속밀도 분포를 고려하여 치 폭과 요 크 폭을 재설계하였다. 배터리 전압 변경에 따라 기본 모델의 권선 방식인 델타 결선법에서 성형 결선법으로 재설 계하였고, 회전자의 역기전력 수준과 d축 및 q축 인덕턴스, 토크 리플을 고려하여 영구 자석의 높이와 두께를 선 정하였다. 유한요소해석을 통해 기존 모델과 변경 모델의 운전특성을 비교 분석하였으며, 변경 모델의 출력 밀도 향상과 운전영역 확대를 검증하였다. In this paper, to enhance the output power density of the Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) for ultra-compact electric vehicles, the size of the motor was reduced according to the diameter ratio to reduce volume and ipmprove the output power density. The voltage of the battery changed from 65(V) to 120(V) and the diameter decreased from 200 (Φ) to 175 (Φ). Thus, to secure the slot area, the ratio of the stator and rotor diameter is changed and the tooth and yoke width is redesigned to account for the distribution of magnetic flux density. Following the change of battery voltage, the design was redesigned from the winding method of the basic model to the forming wire method, and the height and thickness of the permanent magnet were selected in consideration of the rotor's counter-power level, d-axis and q-axis inductance, and torque ripple. The operation characteristics of effects of the output density and operation range expansion of the modified model are verified.