[논문]파력에너지 변환을 위한 선형발전기의 최적 설계 방법

김정윤; 김병수

doi:10.13067/jkiecs.2021.16.6.1195

파력에너지 변환을 위한 선형발전기의 최적 설계 방법
An Optimal Design Method of a Linear Generator for Conversion of Wave Energy 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.16 no.6, 2021년, pp.1195 - 1204

김정윤 (한국전기연구원 고전압평가본부) , 김병수 (경기대학교 대학원 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 반응 표면 분석을 이용하여 파력 발전기의 최적 설계 방법을 제안한다. 특히 제안한 방법에서는 파도의 수직 운동을 직접 전기 에너지로 변환하기 위한 선형 운동 가능한 선형발전기를 선택함으로써 기계적 손실을 줄인다. 따라서 에너지 변환 효율 향상을 위해 느린 파 상태에서도 구동 장치에 작용하는 여자력을 계산하고 슬롯과 극의 비율로 권선 과정을 결정한다. 또한 발전기의 성능에 중요한 영향을 미치는 고정자와 변환기의 형상 인자를 도출하기 위해 회귀분석을 사용한다. 반응 표면 분석을 통해 최적의 설계 변수를 선정하고, 분석 결과를 활용하여 효율적인 실험 설계를 위한 최적화 방법을 제시한다. 마지막으로, 모의 실험 결과를 통해 제안한 방법의 타당성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we present an optimal design method for wave power generators using the response surface analysis. Especially, in our method, we reduce the mechanical loss by selecting the linear generator whose linear movement can be converted to the electrical energy directly with the vertical movement of waves. Therefore, we calculate the exciting force acting on the drive device in a slow-wave condition and determine the winding process with a ratio of the slots and poles for the improvement of energy conversion efficiency. In addition, we employ the regression analysis for deriving the shape factors of the stator and the translator, which have a significant effect on the performance of a generator. We choose the best design variables through the response surface analysis, and then we study the optimization method for designing the efficient experiment using the analysis results. Finally, we show the validity of the proposed method through the simulation results.

주제어

표/그림 (13)

그림 그림 1. 선형발전기의 설계변수 Fig. 1 Design parameters of linear generator
그림 그림 2. 발전기의 상당 유도기전력과 단자 전압 Fig. 2 Induced voltages and node voltages per phase of the generator
그림 그림 3. 발전기의 상 전류 Fig. 3 Phase currents of the generator
표 표 1. 초기 설계모델의 사양 Table 1. Specifications for the initial model
표 표 2. 반응 표면 분석을 위한 설계변수 및 레벨 Table 2. Design parameters and levels for response surface analysis
표 표 3. 최적화된 설계변수 Table 3. Optimized design parameters
표 표 4. 목적함수별 제약조건과 예측반응 및 만족도 Table 4. Constraints, predicted responses and satisfaction levels by the objective functions
표 표 5. 초기모델과 최적모델 결과 비교 Table 5. Comparison of the initial and optimized models
그림 그림 4. 최종 설계모델의 유도기전력과 단자 전압 Fig. 4 Induced voltages and node voltages for the optimized model
그림 그림 5. 최종 설계모델의 상 전류 Fig. 5 Phase currents for the optimized model
그림 그림 6. 최종 설계모델에서 발전되는 전력 Fig. 6 Power generated by the optimized model
그림 그림 7. 초기모델과 최종 설계모델의 코깅 특성 비교 Fig. 7 Cogging for the initial and optimized models
표 표 6. 최종 설계모델의 사양 Table 6. Specifications of the optimized model

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