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[국내논문] 평각동선을 적용한 전동기 고출력밀도화 기술연구 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.64 no.8, 2015년, pp.20 - 26  

유세현 (전자부품연구원) ,  이정종 (전자부품연구원) ,  서정무 (전자부품연구원) ,  정인성 (전자부품연구원)

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문제 정의

  • 이를 위해서는 동손(copper loss) 및 철손(core loss) 저감 통해 동일한 체적에서 출력밀도를 극대화 시킬 수 있는 평각동선 권선 기술이 주요한 해결책이 될 수 있다. 본 고에서는 이러한 고출력밀도형 MSG 개발 사례를 기술하고 기술활용의 유용성 및 해결해야할 숙제를 고찰해 본다.
  • 본 고에서는 평각동선 권선기술 및 전동기 기술동향을 고찰하고, 원형동선을 갖는 차량 ISG(Integrated Starter Generator)용 모터를 대상으로 평각 동선 적용에 따른 성능 변화를 분석한다. 또한, 평각동선 엔드-코일 형상에 따른 냉각 효과를 분석하기 위해 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석을 이용한 공기 흐름을 고찰한다.
  • 그림 8은 평각동선을 이용한 권선제작을 위해 설계된 단일 코일체에 대한 형상 및 이를 이용한 권선도를 나타낸다. 본 연구에서는 기본적인 Hair-pin 형상의 권선방식을 고려하였으며, 평각동선의 사이즈 및 코일 피치 등에 따른 엔드 코일 높이를 산출하기 위하여 다양한 형상구현을 통해 최종 엔드 코일 높이(G)가 계산될 수 있도록 하였다. 설계된 최종 엔드코일의 높이는 원형 동선 대비 유사한 높이를 가질 수 있을 것으로 예측된다.
  • 본 연구에서는 평각동선을 이용한 출력 8kW급의 차량용 MSG 모델을 설계하였으며, 원형동선을 적용한 실 제품에 대비한 성능분석을 행하였다. 유한요소해석을 통한 원형동선 모델의 실험치와 성능비교를 통해 동일한 체적에서 평각동선 모델이 가질 수 있는 성능향상 정도를 분석하였다.
  • 또한, 평각동선 엔드-코일 형상에 따른 냉각 효과를 분석하기 위해 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석을 이용한 공기 흐름을 고찰한다. 이를 통해 향후 평각동선을 적용한 전동기의 기술 활용성을 고찰해 보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
원형동선의 점적률은 얼마인가? 전동기는 전류를 흘려주기 위한 코일(coil) 권선공정의 용이성과 정형화된 권선장비의 지속적인 장비활용성을 이유로 원형동선의 사용이 보편화 되어 있다. 그러나, 원형동선의 경우 전동기 슬롯(slot) 안에 코일 면적이 차지하는 비율인 점적율(slot fill factor)은 45~50%가 한계수준이며, 이것은 전동기 총 체적에서 빈 공간(dead space) 이 차지하는 면적을 키워 토크 밀도를 떨어뜨리고 전동기 사이즈를 키우는 요인이 되고 있다. 최근 들어 원형동선을 대신해서 평각동선을 사용하여 전동기의 성능을 최대화하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
원형동선의 어떤 문제점 때문에 평각동선을 이용하여 전동기의 성능을 최대화하는 연구가 활발히 진행되고 있는가? 전동기는 전류를 흘려주기 위한 코일(coil) 권선공정의 용이성과 정형화된 권선장비의 지속적인 장비활용성을 이유로 원형동선의 사용이 보편화 되어 있다. 그러나, 원형동선의 경우 전동기 슬롯(slot) 안에 코일 면적이 차지하는 비율인 점적율(slot fill factor)은 45~50%가 한계수준이며, 이것은 전동기 총 체적에서 빈 공간(dead space) 이 차지하는 면적을 키워 토크 밀도를 떨어뜨리고 전동기 사이즈를 키우는 요인이 되고 있다. 최근 들어 원형동선을 대신해서 평각동선을 사용하여 전동기의 성능을 최대화하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
점적율이란 무엇인가? 전동기는 전류를 흘려주기 위한 코일(coil) 권선공정의 용이성과 정형화된 권선장비의 지속적인 장비활용성을 이유로 원형동선의 사용이 보편화 되어 있다. 그러나, 원형동선의 경우 전동기 슬롯(slot) 안에 코일 면적이 차지하는 비율인 점적율(slot fill factor)은 45~50%가 한계수준이며, 이것은 전동기 총 체적에서 빈 공간(dead space) 이 차지하는 면적을 키워 토크 밀도를 떨어뜨리고 전동기 사이즈를 키우는 요인이 되고 있다. 최근 들어 원형동선을 대신해서 평각동선을 사용하여 전동기의 성능을 최대화하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
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