[논문]회전자의 영구자석 위치 이동을 이용한 이중 고정자 RFPM 발전기 코깅토크 저감 연구

이경찬; 정태욱

doi:10.5207/jieie.2014.28.4.049

회전자의 영구자석 위치 이동을 이용한 이중 고정자 RFPM 발전기 코깅토크 저감 연구
A Study on Cogging Torque Reduction of Dual Stator Radial Flux Permanent Magnet Generator Using the Permanent Magnet Displacement Design of Rotor 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.4, 2014년, pp.49 - 55

이경찬 (경남대학교 첨단공학과) , 정태욱 (경남대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose the cogging toque reduction technique of the dual stator radial flux permanent magnet generator. The cogging toque is caused by the torque ripple increase and vibration and noise of the generator. And it is important factor determining cut-in speed of the small wind generator. To reduce cogging torque, permanent magnet displacement was studied. And the theory of the permanent magnet displacement was formulated and the cogging torque reduction according to the permanent magnet displacement was confirmed through the finite element method.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 이중 고정자형 RFPM 발전기의 코깅토크를 저감할 수 있는 방법을 제안한다. 코깅토크 저감을 위해 내부 고정자와 외부 고정자 사이에 위치한 회전자에 부착된 내부 및 외부 영구자석의 위치를 이동시켰으며, 영구자석 위치 이동의 이론을 정립하고 유한요소해석을 통해 영구자석 위치 이동에 따른 코깅토크 저감을 확인하였다.
본 논문에서는 소형풍력 발전기를 위하여, 내부 회전자 타입과 외부 회전자 타입을 결합한 이중 고정자 구조의 RFPM 발전기의 전자계 구조설계를 실시하였다. 이중 고정자형 RFPM 발전기는 6상 발전이 가능하며, 발전기 내·외부에 고정자를 설계하여 발전기 체적대비 출력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 논문에서는 영구자석 위치이동을 통한 이중 고정자 RFPM 발전기의 코깅토크 감소를 연구를 진행하였다. 코깅토크는 발전기 토크 리플, 진동 및 소음, 초기 기동에 큰 영향을 미치기 때문에 최소화 해야 한다.

제안 방법

또한 영구자석 위치 이동 전·후의 발전기 무부하 출력 전압을 비교하였다.
따라서 본 논문에서는 이중 고정자형 RFPM 발전기의 코깅토크를 저감할 수 있는 방법을 제안한다. 코깅토크 저감을 위해 내부 고정자와 외부 고정자 사이에 위치한 회전자에 부착된 내부 및 외부 영구자석의 위치를 이동시켰으며, 영구자석 위치 이동의 이론을 정립하고 유한요소해석을 통해 영구자석 위치 이동에 따른 코깅토크 저감을 확인하였다. 또한 영구자석 위치 이동 전·후의 발전기 무부하 출력 전압을 비교하였다.

성능/효과

또한 영구자석 위치 이동 전·후의 무부하 역기전력을 비교한 결과 무부하 역기전력 위상만 이동하였으며, 출력 저하 없이 코깅토크가 저감되는 것을 확인할 수 있었다.
영구자석 위치이동의 유한요소 해석을 진행한 결과 위치 이동 30°에서 코깅토크가 최소가 됨을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 실시된 영구자석 위치 이동 기법은 영구자석 배열에 따른 코깅토크 저감법이므로 설계가 쉽고 제작 비용 또한 적게 드는 장점을 가지므로 이중 고정자를 가지는 발전기 코깅토크 저감 설계에 적합함을 확인할 수 있었다.
영구자석 위치이동의 유한요소 해석을 진행한 결과 위치 이동 30°에서 코깅토크가 최소가 됨을 확인할 수 있었다. 본 논문에서 실시된 영구자석 위치 이동 기법은 영구자석 배열에 따른 코깅토크 저감법이므로 설계가 쉽고 제작 비용 또한 적게 드는 장점을 가지므로 이중 고정자를 가지는 발전기 코깅토크 저감 설계에 적합함을 확인할 수 있었다.
해석 결과 이론적인 계산치인 30°에서 0.58N·m로 최소 코깅토크가 발생함을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RFPM 발전기의 장점은?	이에 반해 고정자에 철심이 있는 형태를 많이 사용하는 RFPM 발전기는 coreless AFPM 발전기에 비해 제조가 쉬우며, 출력 전압 및 전력, 효율이 높은 특징이 있다. 그러나 고정자에 철심이 있기 때문에 코깅토크가 크게 발생하게 된다.
	Coreless형 AFPM발전기의 단점은?	Coreless형 AFPM발전기는 구조가 간단하고 코깅토크가 발생하지 않아 넓은 구동속도 영역을 가지고 있다. 그러나 고정자에 철심이 없는 구조적인 특징으로 인해 공극간의 자기저항이 커져 출력전압이 상대적으로 낮은 단점이 있다.
	영구자석을 사용한 소형 풍력 발전기는 어떤 것이 있는가?	기본적으로 영구자석을 활용한 소형 풍력 발전기로는 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet)발전기와 RFPM(Radial Flux Permanent Magnet) 발전기를 들 수 있다.

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원문보기 상세보기
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원문보기 상세보기
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상세보기
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