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10MW급 해상풍력발전기 드라이브 트레인을 위한 마그네틱 기어의 속도별 설계 및 출력밀도 특성분석
Power Density Characteristics Analysis and Design of Magnetic Gear according to Speed for Drive Train of 10MW Offshore Wind Turbine 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.64 no.12, 2015년, pp.1718 - 1723  

김찬호 (Dept. of Electrical Engineering, Chosun University) ,  김용재 (Dept. of Electrical Engineering, Chosun University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The diameter of the rotor of 2MW wind turbine is being developed by a number of companies with more than 80m, reliability and economic efficiency of the wind power generator has been improved. The need for large-scale wind turbine with excellent economy has been attracting attention because the new ...

주제어

#Wind turbine gearbox   #Magnetic gear   #Transfer torque   #Non-contact power transmission  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 중속 및 저속 드라이브 트레인은 신뢰도가 낮은 고속 기어박스 스테이지를 제거하고 10:1～60:1 정도의 기어비를 가지도록 하여 다이렉트 드라이브 트레인에 비하여 다극형 영구자석 발전기의 비용을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 논문에서는 10MW 풍력발전기의 기어박스로써의 가능성을 검토하고자 고속, 중속, 저속의 마그네틱 기어를 설계하고, 수치해석 기반 유한요소해석법을 이용한 전달토크 해석결과를 비교 분석하고자 한다.
  • 본 논문은 대형 풍력발전기의 대형화 추세에 따른 풍력발전기의 경제성 및 신뢰성 증대를 위하여 종래의 기계적 기어박스를 마그네틱 기어로 대체하는 것을 제시하였으며, 마그네틱 기어의 적용은 대형 풍력발전기 기어박스의 문제점인 윤활유 주입 및 보수 점검의 문제점이나 기계적인 접촉문제를 해결할 수 있는 장점을 가지고 있어 본 논문에서는 그 적용가능성을 검토하고자 하였다. 따라서 종래의 기계적 드라이브 트레인에 대체 적용시키기 위하여 고속, 중속, 저속 모델을 설계하고 수치해석기반 유한요소해석법을 이용하여 해석하였으며, 그 설계결과를 비교하였다.

가설 설정

  • 하지만 기술적·구조적 크기 한계에 대한 문제를 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 10MW급 풍력발전기용 마그네틱 기어의 설계목표를 고속 및 중속 드라이브 트레인에서 사용되는 기계적 증속기로 설정하였다. 
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대형 풍력발전기가 필요해진 배경은? 2000년대 초반에 회전자 직경이 80m에 이르는 2MW급 풍력발전기들이 여러 회사에서 개발되면서 경제성 및 신뢰성도 향상되어 비약적인 발전을 이루게 되었다. 풍력발전시장의 신규발주와 설치장소가 한계점에 이르게 됨으로써 경제성이 뛰어난 대형 풍력발전기의 필요성이 대두되고 있다. 이와 같이 풍력발전기의 대형화 추세는 대형화를 통해 에너지 효율의 증대뿐만 아니라 단위 용량 당 건설비 및 설비비 절감이 가능하기 때문에 풍력발전기 대형화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다.
풍력발전기 대형화의 장점은? 풍력발전시장의 신규발주와 설치장소가 한계점에 이르게 됨으로써 경제성이 뛰어난 대형 풍력발전기의 필요성이 대두되고 있다. 이와 같이 풍력발전기의 대형화 추세는 대형화를 통해 에너지 효율의 증대뿐만 아니라 단위 용량 당 건설비 및 설비비 절감이 가능하기 때문에 풍력발전기 대형화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 풍력발전기에 사용되는 기계적 기어박스는 기어이의 마모, 파손의 문제점과 더불어 윤활유 주입 및 유지보수의 문제점들을 가지고 있다.
풍력발전기 대형화 개발에서 나타나는 문제점은? 이와 같이 풍력발전기의 대형화 추세는 대형화를 통해 에너지 효율의 증대뿐만 아니라 단위 용량 당 건설비 및 설비비 절감이 가능하기 때문에 풍력발전기 대형화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 풍력발전기에 사용되는 기계적 기어박스는 기어이의 마모, 파손의 문제점과 더불어 윤활유 주입 및 유지보수의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기계적 기어박스를 마그네틱 기어를 이용하여 구성하고자 한다.
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참고문헌 (6)

  1. K. Atallah and D. Howe, "A novel high-performance magnetic gear," IEEE Trans. Magn., vol. 37, no. 4, pp. 2844-2846, Jul. 2001. 

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  2. K. Atallah, S.D.Calverley, and D.Howe, "High-performance magnetic gear", J. Magn. Magn. Mater., vol. 272-276, sup. 1, pp. E1727-1729, May. 2004. 

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  3. A. Abdel-Khalik, S. Ahmed, A. Massoud, and A. Elserougi, "Magnetic gearbox with an electric power output port and fixed speed ratio for wind energy applications," in Proc. 20th Int. Conf. Elect. Mach. (ICEM), pp. 702-708, Sep. 2012. 

  4. G. Q. Bao, K. F. Mao. "A wind energy conversion system with field modulated magnetic gear," In Proceedings of the Power and Energy Engineering Conference, IEEE, Wuhan, China, pp. 1-4, 2011. 

  5. N. W. Frank, S. Pakdelian, and H. A. Toliyat, "Passive suppression of transient oscillations in the concentric planetary magnetic gear," IEEE Trans. Energy Convers., vol. 26, no. 3, pp. 933-939, Sep. 2011. 

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  6. L. Jian, K. T. Chau, and J. Z. Jiang, "A magneticgeared outer-rotor permanent-magnet brushless machine for wind power generation," IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 45, no. 3, pp. 954-962, May/Jun. 2009. 

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