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고속으로 운전되는 영구자석형 동기전동기의 철손 및 풍손 해석
Analysis on the Core Loss and Windage Loss in Permanent Magnet Synchronous Motor for High-Speed Application 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. B, 전기기기 및 에너지변환시스템부문, v.55 no.10, 2006년, pp.511 - 520  

장석명 (충남대 공대 전기공학과) ,  고경진 (충남대 공대 전기공학과) ,  조한욱 (충남대 공대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, more attention has been paid to the development of high-speed permanent magnet (PM) synchronous motors, since they are conductive to high efficiency, high power density, small size, and low weight. In high-speed PM machines, core loss and windage loss form a larger proportion of the total ...

주제어

#High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motors   #Core Loss   #Windage Loss  

AI 본문요약
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문제 정의

  • [6], [7]. 따라서, 본 논문에서는 제작자에 의해 주어지는 철손데이터의 Curve fitting 과 철손 계수의 추정을 이용한 빠른 철손 계산을 수행할 수 있는 방안을 제안하였다. 추정된 철손 계 수값과 수정된 철손식을 이용하여 기존의 고전적 철손해석 법이 갖는 단점을 보완하는 해석적 기법을 제시하였다.
  • 특히, 플라이휠 시스템과 같은 이상적 무손실-고속-고효율이 요구되는 시스템에서 풍손의 발생은 치명적이라 할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 풍손을 속도-온도-기압과 관련 시켜 해석 하였다. 특히, 풍손의 해석을 위해 전동기 내부 유체(공기)의 흐름을 정의하고, 기체 입자간의 상호 관계를 표현하는 변수로서 뉴센 수(Knudsen Number, Kn)를 정의하였다.
  • 따라서, 본 논문에서는 실제 해석모델과 동일한 조건에서 통풍구가 존재할 때 1-기압 하에서 전동기 내부의 최대 온도 120℃ 에서 원통 접촉면 손실과 디스크 접촉면 손실을 각각 구하여 속도에 따른 총 풍손을 해석하였다. 또한, 전동기 내부 온도의 냉각 여부에 따른 풍손의 증감을 파악하기 위하여 온도에 따른 풍손의 변화를 예측하였고, 진공상태에 따른 손실을 해석함으로써 고속 회전형 전기기기에서의 풍손 저감 방안을 위한 자료를 제시하게 되었다.
  • 본 논문에서는 고속 전동기를 대상으로 고정자 전기 강판에서 자계의 거동과, 철손의 해석을 수행하고, 전동기의 성능에 미치는 영향 분석을 위한 속도-손실 특성 곡선을 제시하였다. 또한, 기계적 손실 중 하나인 풍손의 이론적 해석을 속도, 기압, 온도에 따라 정량적으로 분석하였다.

가설 설정

  • 일반적으로 통풍구가 존재하는 기계적 구조에서 전동기의 내부 기압을 1-기압으로 가정하여 풍손을 계산한다. 따라서, 본 논문에서는 실제 해석모델과 동일한 조건에서 통풍구가 존재할 때 1-기압 하에서 전동기 내부의 최대 온도 120℃ 에서 원통 접촉면 손실과 디스크 접촉면 손실을 각각 구하여 속도에 따른 총 풍손을 해석하였다.
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참고문헌 (14)

  1. 하경호,차상윤,김재관,홍정표,'영구자석형 모터의 고정자 철심에서 자계의 거동 및 철손 분석,'대한전기학회 논문지, vol.55B, no.2, pp.76-82, Feb. 2006 

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  2. C. Mi, G. R. SIemon, R. Bonert, 'Modeling of iron losses of permanent magnet synchronous motors,' IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 39, May/June 2003 

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  3. C. A. Hernandez- Aramburo, T. C. Green, A. C. Smith, 'Estimating rotational iron losses in an induction machine,' IEEE Trans. Magn., vol. 39, November 2003 

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  4. C. C. Mi, G. R SIemon, R Bonert, 'Minimization of iron losses of permanent magnet synchronous machines,' IEEE Trans. Energy Conv., vol. 20, March 2005 

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  5. 철손 해석 및 측정 기술 개발에 관한 최종보고서, 통상산업부,1997 

  6. 김태형,'FRM의 새로운 설계 기법 및 PWM 구동시제특성 해석,' 한양대학교 박사학위논문,2005 

  7. K. Yamazaki, and S. Watari, 'Loss analysis of permanent magnet motor considering carrer harimonics of PWM inverter using combination of 2-D and 3-D finite-element method,' IEEE Trans. Magn., vol.41, May 2005 

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  8. Seok-Myeong Jang, Han-Wook Cho, Yeon-Ho Jeong, 'Influence on the rectifiers of rotor losses in high-speed permanent magnet synchronous alternator,' Journal of Applied Physics, vol. 99, 08R315, 2006 

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  9. 전기강판 제품 개발 동향, 신전력기기연구센터(FEMRC)워크샵 자료집,2005 

  10. Y. Chen, and P. Pillay, 'An Improved formula for lamination core loss calculations In machines operating with high frequency and high flux density excitation,' Industry Applications Conference, 2002. 37th IAS Annual Meeting. Conference Record of the Volume 2, 13-18 Oct. 2002 Page(s):759 - 766 vol.2 

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  11. Jeong- Jong Lee, Young- Kyoun Kim, Hyuck Nam, Kyung-Ho Ha, Jung-Pyo Hong, 'Loss distribution of three phase induction motor fed by pulsewith modulated inverter,' IEEE Trans. Magn., vol.40, pp.762-765, 2004 

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  12. Michael D. Werst, Jonathan J.Hahne, Hsing PLiu, and Charles E. Penney, 'Design and Testing of a high speed spin test for evaluating pulse alternator windage loss effects,' vol.39, pp.389-393, 2003 

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  13. Ajisrnan, Jun Kobuchi, Ken Oobayashi, Uyuichi Shimada, 'Windage loss reduction of flywheel! generator system using He and SF6 gas mixtures,' Energy Conversion Engineering Conference (IECEC-97), vol 3, pp. 1754 - 1757, 1997 

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  14. Awad, M.N.; Martin, W.J, 'Windage loss reduction study for TFTR pulse generator,' Fusion Engineering, 17th IEEE/NPSS Symposium, vol. 2, pp.1l25 - 1128, 1997 

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