EV 구동모터용 헤어핀 스테이터 개발에 관한 연구

임정윤(Jungyoon-Lim),강태준(Tae-June Kang) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

Currently, Electrification is the biggest trend in the global automobile market. Electric vehicles replace traditional internal combustion engines, where an electric motor generates traction. As electrification progresses in the automobile market, the development of electric vehicles in various segments is necessary. It is necessary to develop a driving motor with high efficiency and output for such electric vehicles. In order to achieve this, the improvement of the power density and the increase of the cooling performance are important points. The conventional driving motor for electric vehicles used a stator using a round wire. For higher performance, a hairpin stator using a square coil was developed. This improves the fill factor of the coil, and high efficiency and output can be obtained. Compared to the round wire stator, the hairpin stator has superior cooling efficiency and is suitable for mass production because of its excellent productivity. Another important point of electric vehicles is the use of high voltage. High voltage can increase charging efficiency, and can increase output and power density. This study is about the design of a high-voltage, high-fill-factor hairpin stator.

엔진 쿨링팬의 후류 분석을 통한 쉬라우드 스테이터 설계

심헌수(Hunsu Shim),김민수(Minsu Kim),김혜진(Hye-Jin Kim),강형식(Hyung-Sik Kang) 한국자동차공학회 2020 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2020 No.7

In this study, the performance of an Engine Cooling Fan (ECF) is investigated by unsteady CFD analysis and the flow characteristic around a stator, which connects a motor fixed region and a shroud body, was observed. A velocity vector after a fan blade is variously distributed from the fan hub to the tip and generates large vortex around the stator that was designed at a fixed stagger angle according to the radius direction. These large generated vortex reduces the cooling performance and the system efficiency of the ECF, besides causes increasing an aero-acoustic noise. A cooling fan is a main part in an engine cooling system, but a method was considered that could be increased the cooling performance by the only improvement the stator. A detach angle after the fan blade by unsteady CFD analysis was extracted in the range from the hub to the tip and applied to design as the stagger angle of the stator. A designed stator model by these method was predicted by unsteady CFD analysis and its result was compared with the result of the initial model. According to the results of the initial and improved models, the vortex around the improved model stator was significantly reduced as against the initial model stator’s and the air flow rate with the same cooling fan was increased about 3% through the test.

펌프젯 추진기의 공동 비공동 유동소음에 대한 수치적 연구

구가람,정철웅,설한신,정홍석 한국음향학회 2023 韓國音響學會誌 Vol.42 No.3

In this study, the noise contributions by the duct, stator and rotor, which are the propulsor components, are evaluated to identify the flow noise source in cavitation and non-cavitation conditions on pumpjet propulsion and the noise levels in both conditions are compared. The unsteady incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equation based on the homogeneous mixture assumption is applied on the suboff submarine hull and pumpjet propeller in the cavitation tunnel, and the Volume of Fluid (VOF) method and Schnerr-Sauer cavitation model are used to describe the two-phase flow. Based on the flow simulation results, the acoustic analogy formulated by Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) equation is applied to predict the underwater radiated noise. The noise contributions are evaluated by using the three types of impermeable integral surface on the duct, stator and rotor, and the two types of permeable integral surface surrounding the propulsor. As a result of noise prediction, the contribution by the stator is insignificant, but it affects the generation of flow noise source due to flow separation in the duct and rotor, and the noise is predominantly radiated into the upward and right where the flow separations are. Also, the noise is radiated into the thrust direction due to pressure fluctuation between suction and pressure sides on the rotor blades, and the it can be seen that the cavitation effect into the noise can be considered through the permeable integral surface. 본 연구에서는 펌프젯 추진기를 대상으로 공동, 비공동 조건에서의 유동 소음원을 규명하기 위하여 추진기의각 구성품인 덕트와 스테이터, 로터에 의한 소음 기여도를 평가하였으며, 공동과 비공동 조건에서의 소음 수준을 비교하였다. 대형 캐비테이션 터널 내 Suboff 잠수함 선형과 펌프젯 추진기를 대상으로 균일혼상류 가정의 비정상 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 적용하였으며, 이상 유동을 모사하기 위해 Volume of Fluid(VOF) 기법과 Schnerr-Sauer 공동 모델을 적용하였다. 유동해석 결과를 기반으로 수중방사소음을 예측하기 위해 Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 방정식 기반의 음향상사법을 적용하였으며, 덕트와 스테이터, 로터로 구성된 3개의 비투과성 적분면과 추진기를 감싸는 형태의 2가지 투과성 적분면을 선정하여 소음 기여도를 평가하였다. 소음 예측결과로부터 스테이터는 전체 소음에 대한 직접적인 기여도는 낮으나 덕트와 로터에서의 유동 박리에 의한소음원 형성에는 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 유동이 박리되는 연직상방과 우측방향으로 소음이 크게 방사되었다. 또한 로터에서는 날개의 흡입면과 압력면 간의 압력 섭동에 의해 추진방향으로 소음이 크게 방사되었으며, 투과성적분면을 통해 체적 소음원인 공동의 효과를 반영할 수 있음을 확인하였다

토크컨버터용 스테이터의 윤활특성에 대한 연구

박재현(Jaehyun Park),이재용(Jaeyong Lee),장재덕(Jaeduk Jang),주인식(Insik Joo) 한국자동차공학회 2012 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2012 No.11

A torque converter in automatic transmission transfer the engine power to automatic transmission fluid(ATF). A torque converter consists of the hydrodynamic clutch device and the lock-up clutch device. Especially stator is a part that influence an increase of torque and change a flow of ATF in torque converter. A stator is constitute blade and inner race, retainer. It reduce a friction of each part with ATF through the lubrication hole and determinate a flow of ATF through the shape of hole. This study is for lubricating feature of stator and is pregressed to compare optimum condition and abrasion test per depths and shapes of lubrication hole.

유동점성 및 공탄성 변형효과를 고려한 스테이터-로터 케스케이드 시스템의 성능평가

김동현(Dong-Hyun Kim),김유성(Yu-Sung Kim) 한국항공우주학회 2008 韓國航空宇宙學會誌 Vol.36 No.1

본 연구에서는 블레이드 구조 변형 효과를 고려하여 스테이터-로터 상호간섭 케스케이드 모델의 성능평가를 위한 유체-구조 연계해석 시스템을 개발하였다. 고정된 스테이터와 회전하는 로터는 상호간섭 영향이 유동해석에 고려되었으며, 레이놀즈-평균화 난류 방정식인 Spalart-Allmaras 모델과 k-ω SST 난류 모델이 압축성 유동박리 효과를 고려한 유동하중을 예측하기 위해 적용되었다. 정적인 유체-구조 연계해석과 수렴율 증진을 효과적으로 수행하기 위하여 큰 인공 감쇠를 가지는 연계 Newmark 시간적분 기법을 적용하였다. 수치 실험을 통해 탄성축 위치에 따른 구조변형 효과가 케스케이드 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 구조변형 효과가 고려된 경우 일반적인 강체 블레이드 모델에 대한 성능예측 결과와 다소 차이가 유발될 수 있음을 보였으며 공력탄성학적 영향을 고찰하였다. In this study, advanced (fluid-structure interaction (FSI)) analysis system has been developed in order to predict turbine cascade performance with blade deformation effect due to aerodynamic loads. Intereference effects due to the relative movement of the rotor cascade with respect to the stator cascade are also considered. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation k-ω SST turbulence models are solved to accurately predict fluid dynamic loads considering flow separation effects. A fully implicit time marching scheme based on the (coupled Newmark time-integration method) with high artificial damping is efficiently used to compute the complex fluid-structure interaction problem Predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of the blade shows somewhat different results compared to the case of rigid blade model. Cascade performance evaluations for different elastic axis positions are importantly presented and its aeroelastic effects are investigated.

스테이터-로터 상호간섭 및 점성효과를 고려한 케스케이드의 유체유발 진동해석

오세원(Oh, Se-Won),박웅(Park, Oung),김동현(Kim, Dong-Hyun) 한국소음진동공학회 2006 한국소음진동공학회 논문집 Vol.16 No.10

In this study, advanced computational analysis system has been developed in order to investigate flow-induced vibration(FIV) phenomenon for general stator-rotor cascade configurations. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling Independent two computational domains. Fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic moving and local deforming methods. Unsteady, Reynolds-averaged Wavier-stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems and also relative moving and vibration effects of the rotor cascade are fully considered. A coupled implicit time marching scheme based on the Newmark integration method is used for computing the governing equations of fluid-structure interaction problems. Detailed vibration responses for different flow conditions are presented and then vibration characteristics are physically investigated in the time domain as computational virtual tests.

터빈 로터 스테이터 디스크 캐비티 내 비정상 유동 측정

이재민(Jaemin Lee),김용련(Yeongryeon Kim),송성진(Seungjin Song) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

터빈 로터 스테이터 디스크 캐비티 내부 깊숙이 주 유로 고온가스 유입을 야기 시키는 캐비티 내부 비정상 유동에 대한 고찰을 수행하기위해, 캐비티 내부 코어 영역에서 시분해 정압력과 시분해속도를 측정하였다. 캐비티 내부 유동의 움직임을 관찰하기위해 반경방향과 원주방향으로 7 지점서 시분해 정압력을 측정하였고, 비점성 코어 영역인 무차원 반경 0.79에서 반경방향과 원주방향의 2차원 시분해 속도를 측정하였다. 실험결과, 비록 낮은 값이지만 국부적으로 깊은 유입이 발생하였다. 이러한 깊은 유입은 반경방향의 압력차가 증가할 때 발생하는데, 블레이드 통과에 따른 반경방향의 압력차 증가는 이러한 비정상 유동 현상에 영향을 주지 않는다. Unsteady flow associated with deep ingress of the annulus flow has been investigated with measuring the time-resolved radial and tangential velocities at 0.79 of dimensionless radial location on the mid plane in the axial direction and time-resolved static pressure on the stator. Deep ingress occurs due to the increase of static pressure gradient in radial direction. However, the increase of radial static pressure gradient due to the blade passing event does not affect the occurrence.

모노펌프 로터 4-축 가공에 관한 연구

조현덕(Hyun-Deog Cho),박종배(Jong-Bae Park),왕사관(Si-Kuan Wang),허유(Yu Heo) 한국기계가공학회 2019 한국기계가공학회지 Vol.18 No.3

Mono pump rotors are widely used in wastewater treatment plants, medicine, cosmetics, paint, paper, and chemical manufacturing, dairy production, public works, agriculture, and so on. A mono pump comprises two main parts: the rotor and stator. Typically, the rotor is machined using an expensive whirling machine. In this study, we developed an algorithm for 4-axis machining of the rotor on machining center (MCT). NC-code was obtained by applying the algorithm and finally the rotor of the mono pump was machined on a 4-axis MCT. Results of four sample experimental works showed close agreement with design geometries.

로터 스테이터 디스크 캐비티 내부 비정상 유동 측정을 위한 실험장치 설계

김유일(Youil Kim),송성진(Seungjin Song),김용련(Yeongryeon Kim),민성기(Seongki Min) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

가스터빈엔진에는 회전부품을 장착하고 있는 회전디스크와 이를 지지하고 있는 정지디스크 사이에 로터 스테이터 디스크 캐비티가 존재하는데 터빈과 같은 고온부에서 주 유로 고온가스가 이들 공간으로 유입되면 캐비티를 형성하고 있는 주변 구조물들의 구조 건정성이 낮아진다. 따라서 캐비티 내부 고온가스 유입 방지를 위한 캐비티와 림씰 등의 형상설계를 위해서는 캐비티 내부 비정상상태 유동장에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 캐비티 내부 비정상상태 유동장 측정을 위한 실험장치 설계를 수행한 것으로 비정상상태 유동장 분석에 필요한 변수정의와 이를 위한 측정변수 선정, 실험을 위한 시험조건 결정, 실험장치 구성, 실험부 형상 설계, 측정장치에 대해 설명한다. Gas turbine engine has a rotor-stator disk cavity which is formed between a rotating disk with rotating parts and it’s support part, a stationary disk. When the hot gas flowing through an annulus in turbine section goes into the cavity, the structure integrity of parts surrounding it decrease. So researches on the unsteady flow in rotor-stator disk cavity are necessary for the design of rim seal and cavity to prevent the ingestion of hot gas. In this paper, the design of experimental facility at which the unsteady flow measurement in rotor-stator disk cavity could be conducted was explained with describing variables, measuring parameters, experimental conditions, configuration of test section and instrumentation.

교차유동의 림씰 씰링효율에 미치는 영향

강경래(Kyungrae Kang),김용련(Yeongryeon Kim),송성진(Seungjin Song) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

가스터빈 엔진의 터빈부 로터-스테이터 디스크 캐비티는 연소가스가 지나는 유로에 인접해 있으므로 고온의 가스가 내부로 유입될 수 있는데, 이러한 고온가스의 유입은 내부부품의 국지적인 열손상 및 열팽창을 일으켜 엔진운용에 불안정성을 야기하고 부품에 손상을 입힐 수 있으므로 해당 부위에 림씰을 장착하여 고온가스의 유입을 방지한다. 본 연구에서는 유입방지를 위해 종래에 쓰이던 기계적 림씰이 아닌 새로운 종류의 림씰인 제트타입 림씰은 씰에서 제트유동을 방출함으로써 소위 “에어커튼 효과”라고 불리는 유로차단 효과를 이용하게 된다. Rotor-stator disk cavity is exposed to main annulus flow, which has high temperature. Either rotationally or externally, when main annulus flow is ingressed into rotor-stator cavity, there is local increase in temperature of turbine components. Local increase in temperature causes the turbine components to unevenly expanded, resulting in structural instabilities and even damages. To prevent ingress into rotor-stator disk cavity, many types of mechanical seals are widely used. Fluidic jet-type seal utilizes pressure field generated by so-called “air-curtain effect”. In this paper, fluidic jet-type rim seal is installed on rotor-stator disk cavity to measure its sealing effectiveness.