[논문]초전도 플라이휠 에너지 저장장치용 전동 발전기의 에너지 저장 효율 영향 평가

이정필; 한영희; 정세용; 박병준; 박병철; 성태현

문제 정의

그러나 영구자석을 사용하는 전동 발전기를 통하여 발생하는 손실은 SFES를 구성하는 부분 중에서 가장 크지만 PMSM/G 에 의한 SFES의 에너지 손실에 기여하는 정량적인 평가와 이를 줄이기 위한 연구는 거의 진행된바가 없다. 따라서 본 연구에서는 SFES에 사용된 PMSM/G가 SFES의 에너지 손실에 미치는 영향을 평가하고 손실을 최소화 할 수 있는 방법을 제시하였다. PMSM/G의 고정자 코어는 슬롯을 가지는 타입과 슬롯리스 타입으로 구성할 수 있다.
본 논문에서는 SFES의 에너지 변환을 위해 사용된 PMSM/G가 SFES의 에너지 저장효율에 미치는 영향을 평가하였다. 에너지 손실을 줄이기 위하여 회전코어형 PMSM/G를 설계하여 그 특성을 평가하였다.

제안 방법

이때는 자석과 코어가 동시에 회전하므로 코어에 발생하는 손실은 없고, 단지 코어와 자석사이에서 누설되는 자속이 외부 금속에 와류를 발생시켜 손실을 발생 시킨다. 그 누설되는 량을 조절하여 시간에 따른 에너지 손실량을 측정하여 회전손실에 미치는 영향을 평가 한다. 다음으로 회전형 코어 PMSM/G를 이용하여 누설 자속에 의한 손실과 코일의 두께가 회전손실에 미치는 영향을 평가하였다.
누설 자속에 의한 회전손실을 평가하기 위해 PMSM/G의 자석과 코어가 동시에 회전하도록 회전 코어형 설치하여 시간에 따른 손실을 측정하였다. 이때는 자석과 코어가 동시에 회전하므로 코어에 발생하는 손실은 없고, 단지 코어와 자석사이에서 누설되는 자속이 외부 금속에 와류를 발생시켜 손실을 발생 시킨다.
이때 발생하는 에너지 손실은 초전도 베어링에 의해 발생되는 손실이다. 다음으로 코어 사이즈에 따른 손실과 누설 자속에 의한 손실을 평가하기 위하여 기존 타입 PMSM/G 에서 코일을 제거하고 슬롯리스 코어만 부착한 상태에서 휠을 회전 시 키고 에너지를 저장한 후 시간에 따른 에너지 손실량을 평가 한다. 코어의 싸이즈를 변경시킨 후 실험을 반복한다.
그 누설되는 량을 조절하여 시간에 따른 에너지 손실량을 측정하여 회전손실에 미치는 영향을 평가 한다. 다음으로 회전형 코어 PMSM/G를 이용하여 누설 자속에 의한 손실과 코일의 두께가 회전손실에 미치는 영향을 평가하였다.
슬롯을 가지는 타입은 코일에 의한 손실이 많이 발생하지 않지만 고정자 코어에 의한 손실이 슬롯리스 형태보다 상당히 크기 때문에 본 연구에서는 슬롯리스 형태의 PMSM/G를 채용하였으며 에너지 손실 특성을 평가하였다. 슬롯리스 형태의 PMSM/G는 코어 싸이즈, 누설자속 및 코일의 두께에 따라 에너지 손실에 많은 영향을 미치기 때문에 각각의 경우에 대하여 에너지 손실을 평가하였다. 슬롯리스 타입의 PMSM/G의 경우 코어의 크기, 누설자속량, 및 코일의 적절한 선정을 통하여 SFES의 에너지 손실을 상당히 줄일 수 있음을 확인하였다.
PMSM/G의 고정자 코어는 슬롯을 가지는 타입과 슬롯리스 타입으로 구성할 수 있다. 슬롯을 가지는 타입은 코일에 의한 손실이 많이 발생하지 않지만 고정자 코어에 의한 손실이 슬롯리스 형태보다 상당히 크기 때문에 본 연구에서는 슬롯리스 형태의 PMSM/G를 채용하였으며 에너지 손실 특성을 평가하였다. 슬롯리스 형태의 PMSM/G는 코어 싸이즈, 누설자속 및 코일의 두께에 따라 에너지 손실에 많은 영향을 미치기 때문에 각각의 경우에 대하여 에너지 손실을 평가하였다.
본 논문에서는 SFES의 에너지 변환을 위해 사용된 PMSM/G가 SFES의 에너지 저장효율에 미치는 영향을 평가하였다. 에너지 손실을 줄이기 위하여 회전코어형 PMSM/G를 설계하여 그 특성을 평가하였다. 주요한 결과는 다음과 같다.
초전도 베어링은 초전도체로 구성된 부분과 영구자석으로 구성되는데 영구자석 부분은 축방향으로 자화된 두 개의 자석 사이에 링 모양의 철을 삽입한 구조로 되어 있다. 여기서 영구자석은 서로 같은 극끼리 마주 보게 하여 반경방향으로 자속이 분포되도록 하였다. 이때 사용된 영구자석의 내경은 20mm이며 외경은 40mm이며 두께는 10mm인 것을 사용하였다.

대상 데이터

이때 사용된 영구자석의 내경은 20mm이며 외경은 40mm이며 두께는 10mm인 것을 사용하였다. 또한 1개의 초전도 베어링에 사용된 초전도체는 35x25x10[剛] 크기의 YBCO 벌크 초전도체 6개로 구성하였다. 에너지가 저장되는 부분인 플라이휠은 티타늄으로 구성된 축과 복합재 휠로 구성되어 있으며 축의 길이는 500mm이며 축의 직경은 40mm이며, 복합재 휠의 직경은 120[mm], 휠 전체의 무게는 전부 4kg이다.
그림 3은 누설 자속에 의한 손실과 코일의 두께에 따른 손실을 평가하기 위해 사용된 회전 코어형 PMSM/G를 나타낸다. 사용되어진 영구자석은 NdFeB35 계열로써 반경방향으로 착자 되었으며 내경 20mm, 외경 40mm이며 두께는 20mm이며, 고정자 코어는 적층하지 않은 순철을 사용하였다.
따라서 코어의 사이즈 변화 및 누설 자속에 의한 손실을 평가하기 위해 사용된 PMSM/G는 슬롯 리스 형태의 구조로써 그림 2와 같다. 사용되어진 영구자석은 NdFeB35 계열로써 반경방향으로 착자 되었으며 내경 20剛, 외경 40剛 이며 두께는 10剛이며, 잔류 자속 밀도는 1.25[T]이다. 고정자 코어는 0.
또한 1개의 초전도 베어링에 사용된 초전도체는 35x25x10[剛] 크기의 YBCO 벌크 초전도체 6개로 구성하였다. 에너지가 저장되는 부분인 플라이휠은 티타늄으로 구성된 축과 복합재 휠로 구성되어 있으며 축의 길이는 500mm이며 축의 직경은 40mm이며, 복합재 휠의 직경은 120[mm], 휠 전체의 무게는 전부 4kg이다. 이와 같이 구성된 초전도 플라이휠은 공기에 마찰 의한 풍손을 없애기 위하여 챔버 내부에 삽입하여 진공을 유지할 수 있는 구조로 구성하였다.
여기서 영구자석은 서로 같은 극끼리 마주 보게 하여 반경방향으로 자속이 분포되도록 하였다. 이때 사용된 영구자석의 내경은 20mm이며 외경은 40mm이며 두께는 10mm인 것을 사용하였다. 또한 1개의 초전도 베어링에 사용된 초전도체는 35x25x10[剛] 크기의 YBCO 벌크 초전도체 6개로 구성하였다.

성능/효과

1. 기존 타입의 PMSM/G 코어의 외경을 증가할수록 normal 자속밀도는 변함이 없지만 tangential 자속밀도가 감소되면서 회전 손실이 감소하였다.
2. 코어의 내경이 커질수록 누설자속량이 증가하여 외부에 도전성 금속이 있으면 회전 손실에 영향을 미치므로 누설이 적게 발생 하도록 내경을 줄여야 하거나 또는 주변에 도전성 금속을 제거 하여야 한다.
3. 코일의 두께가 증가할수록 회전 손실은 급격하게 증가하였다.
4. 회전 코어형 PMSM/G의 사용을 통하여 얇은 코일의 사용과 영구 자석과 코어 사이의 공극을 줄이면 손실이 거의 없는 PMSM/G로써 사용이 가능하다.
슬롯리스 타입의 PMSM/G의 경우 코어의 크기, 누설자속량, 및 코일의 적절한 선정을 통하여 SFES의 에너지 손실을 상당히 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 고정자 코어에 의해 발생하는 에너지 손실을 줄이기 위하여 영구자석과 코어가 동시에 회전하는 회전코어형 PMSM/G를 적용하고 그때 발생하는 손실을 분석 하 였으며 기존 타입의 PMSM/G보다 에너지 손실을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
슬롯리스 형태의 PMSM/G는 코어 싸이즈, 누설자속 및 코일의 두께에 따라 에너지 손실에 많은 영향을 미치기 때문에 각각의 경우에 대하여 에너지 손실을 평가하였다. 슬롯리스 타입의 PMSM/G의 경우 코어의 크기, 누설자속량, 및 코일의 적절한 선정을 통하여 SFES의 에너지 손실을 상당히 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 고정자 코어에 의해 발생하는 에너지 손실을 줄이기 위하여 영구자석과 코어가 동시에 회전하는 회전코어형 PMSM/G를 적용하고 그때 발생하는 손실을 분석 하 였으며 기존 타입의 PMSM/G보다 에너지 손실을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인하였다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 초전도 플라이휠 에너지 저장장치용 전동 발전기의 에너지 저장 효율 영향 평가
Assessment on Energy storage efficiency effects of motor/generator for SFES 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 초전도 플라이휠 에너지 저장장치용 전동 발전기의 에너지 저장 효율 영향 평가 Assessment on Energy storage efficiency effects of motor/generator for SFES 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 초전도 플라이휠 에너지 저장장치용 전동 발전기의 에너지 저장 효율 영향 평가
Assessment on Energy storage efficiency effects of motor/generator for SFES 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper