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해석적 방법을 이용한 3상 집중권 권선을 갖는 양측식 슬롯리스 고정자 Halbach 배열 영구자석 선형 발전기의 특성해석
Characteristic Analysis of Double sided Slotless Halbach Array Permanent Magnet Linear Generator with Three Phases Concentrated Winding of Cored Type by using Analytical Method 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.25 no.2, 2015년, pp.58 - 65  

서성원 (충남대학교 전기공학과) ,  최장영 (충남대학교 전기공학과) ,  홍기용 (선박해양 플랜트 연구소) ,  김경환 (선박해양 플랜트 연구소)

초록
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본 논문은 양측식 슬롯리스 고정자 할박 배열 영구자석 선형 발전기의 발전특성해석을 하였다. 자기 벡터자위와 맥스웰 방정식 이용하여 지배방정식을 도출하고, 특히 영구자석 자화와 고정자 권선전류밀도 분포는 무한 푸리에 급수을 이용하여 모델링 하였다. 도출된 지배방정식으로부터, 영구자석 및 고정자 권선에 의한 자계 특성식과 역기전력, 저항, 인덕턴스와 같은 회로정수를 도출 하였다. 발전 특성 해석 결과는 유한요소 해석법과 비교하여 매우 잘 부합함을 확인함으로 그 타당성이 검증되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with the generating characteristic analysis of permanent magnet linear generator (PMLG) with double-sided Halbach magnet array mover and three phases concentrated stator windings by using analytical method. On the basis of a magnetic vector potential and Maxwell's equations, governi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 전기자 반작용 자계를 이용하면 각 상의 자기 인덕턴스, 상호 인덕턴스, 누설 인덕턴스의 합으로 인덕턴스 값을 도출 할 수 있다. 누설 인덕턴스는 매우 작은 값을 가지므로 무시할 수 있고 자기 인덕턴스에 포함되어야하는 엔드턴 인덕턴스도같은 이유로 모델링하여 근접된 값을 찾을 수 있는 계산식으로 구하는 것만으로 충분하며 본 논문에서는 다루지 않았다. a상 전류에 의해 a상에 쇄교되는 자속 λa는 자기 인덕턴스로 표현되고 λa = Lselfia로 나타낸다.
  • 본 논문에서는 해석적 방법을 이용하여 양측식 영구자석 선형 발전기의 특성해석에 대해 다룬다. 영구자석 발전기의 특성 해석에는 수치해석법의 한 종류인 유한요소 해석법과 공간고조파법과 같은 해석적 방법이 있다.
  • 본 논문은 양측식 할박 배열의 영구자석 발전기의 발전특성 해석을 수행하였다. 맥스웰 방정식을 기반으로 지배방정식의 해를 구하였고 얻고자하는 자속밀도 특성식을 도출해 결과를 확인하였다.

가설 설정

  • 이동자 철심의 중심을 영점으로 잡고 상측 철심의 표면까지 각 영역의 경계 거리를 각각 α, β, γ로 나타내었다. 또한 자석의 투자율은 공기와 같고 이동자 코어와 상측 코어는 무한대와 같다고 가정하였다. Fig.
  • 이동자 코어의 이동속도 V는 식 V = vpsin(ωt)로 나타내고 임의의 정현파로 가정하였다.
  • 코일에 의해 자계가 생성되고 y가 γ 일 때 공극과 상측 코어에 전류밀도가 존재하지 않으므로 소스가 없다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
영구자석을 이용한 발전기의 장점으로 인해 어떤 기기들에 사용되는가? 또한, 최근 높은 자기에너지 밀도를 갖는 희토류계 자석의 사용으로 영구자석 발전기는 계자 권선을 영구자석으로 대체할 수 있게 되어 소형화 및 경량화가 가능해지고 보다 높은 효율을 얻을 수 있게 되었다[1]. 이러한 장점을 이용하여 영구자석 기기는 공작기계, 하이브리드 자동차 등 고속, 높은 효율, 높은 출력을 필요로 하는 초소형 및 대형 기기들에 다양하게 사용된다. 이러한 선형 발전기의 영구자석 배열은 수직배열과 할박 배열이 있으며, 할박 배열은 1970년도에 독일의 클라우스 할박에 의해 제안 된 배열법으로 수직배열과 비교하여 약 1.
유한요소법의 장점은? 영구자석 발전기의 특성 해석에는 수치해석법의 한 종류인 유한요소 해석법과 공간고조파법과 같은 해석적 방법이 있다. 유한요소법은 높은 신뢰성을 보여주며 상용 소프트웨어의 발전으로 사용에 편리함을 갖지만 초기 설계와 같이 다양한 설계 변수에 따른 결과를 해석하는데 어려움이 있다. 반면에 해석적 방법은 우수한 정확도를 가지고 수초의 해석시간으로 해석이 가능하여 필요에 따라 설계 변수를 변경하여 해석이 가능하다.
영구자석을 이용한 발전기의 장점은 무엇인가? 이에 따라 전기에너지에 대한 필요성이 증가하였고,특히 운동 에너지를 흡수하고 그 에너지를 전기에너지로 변환해 주는 발전기에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 이 중 영구자석을 이용한 발전기는 스스로 자력을 발생시켜 별도의전원공급이 필요 없고, 고장과 유지 보수 문제가 적은 장점이 있다. 또한, 최근 높은 자기에너지 밀도를 갖는 희토류계 자석의 사용으로 영구자석 발전기는 계자 권선을 영구자석으로 대체할 수 있게 되어 소형화 및 경량화가 가능해지고 보다 높은 효율을 얻을 수 있게 되었다[1].
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참고문헌 (14)

  1. G. R. Slemon, IEEE Trans. Ind. Appl. 30, 134 (1994). 

  2. K. Halbach, Nuclear instruments and Methods 169, 1 (1980). 

  3. David L.Trumper, IEEE Trans. Ind. Appl. 32, 371 (1996). 

  4. Y. Amara, J. B. Wang, and D. Howe, IEEE Trans. Energy Conv. 20, 761 (2005). 

  5. Z. Q. Zhu and D. Howe, IEE Proc. Electr. Power Appl. 148, 299 ( 2001). 

  6. Boldea and S. A. Nasar, IEEE Trans. Energy Conv. 14, 712 (1999). 

  7. M. Inoue and K. Sato, IEEE Trans. Magn. 36, 1890 (2000). 

  8. M. A. Mueller, IEE Proc. Elect. Eng. Gen. Trans. Distrib. 149, 446 (2002). 

  9. J. Wang, W. Wang, G. W. Jewell, and D. Howe, IEEE Trans. Ind. Electr. 49, 640 (2002). 

  10. W. R. Cawthorne, P. Famouri, J. Chen, N. N. Clarke, T. I. McDaniel, R. J. Atkinson, S. Nandkumar, C. M. Atkinson, and S. Petreanu, IEEE Trans. Veh. Technol. 48, 1797 (1999). 

  11. M. Leijon, H. Bernhoff, O. Agren, J. Isberg, J. Sundberg, M. Berg, K. Karlsson, and A. Wolfbrandt, IEEE Trans. Energy Conv. 20, 219 (2005). 

  12. J. Wang, G. W. Jewell, and D. Howe, IEEE Trans. Magn. 35, 1986 (1999). 

  13. S.-M. Jang, J.-Y. Choi, and S.-S. Jeong, J. Appl. Phys. 99, 08R307 (2006). 

  14. Z. Q. Zhu and D. Howe, Magnetics, IEEE Trans. Magn. 29, 152 (1993). 

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