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제안 방법
- 표 3은 직교 배열법에 의한 실험 순서를 나타낸 것이다. 각 공차별로 실험 순서에 따른 실험은 FEA를 통해 수행하였다. 발생 유기 전압은 잡음에 대하여 좋은 성능을 나타내는 것이 중요하므로, 신호 대 잡음 비는 식과 같은 망대특성을 사용하였다.
- 고정자의 형상 및 극 간격에 따른 특성해석을 통하여 파력 발전에 적합한 설계를 하였고, 부하가변에 따른 우전 특성을 검토하였다. 또한, 가동자의 구조 변화에 효과적으로 대응하기 위해 FEA와 Taguchi method를 이용하였고, 설계된 모델과 기존모델을 비교하여 타당성을 검증하였다.
- 따라서 본 논문에서는 고정자의 형상에 따른 특성을 FEA를 통해 분석하고, 극 간격과 출력 및 Loss와의 관계를 검토하여 구조적으로 Detent-force 및 수직력이 발생하지 않는 Slotless type 원통형 선형발전기를 설계하였다. 또한, 선형 발전기의 부하가변에 따른 운전특성의 효과적인 분석을 위해 무부하 및 가변부하 조건하에서 특성해석을 수행하였다.
- 외부회로의 저항부하를 가변 하여 저항에 흐르는 전류의 변화로 출력을 구한 것으로, 부하전류의 변화에 따른 발전기의줄력 특성을 의미하며 정격전류 2A에서 정격 줄력 200w가 됨을 확인할 수 있다. 또한 가변 부하전류에서 발전기의 기계적인 입력을 구하여 출력과 비교함으로써 발전기의 자체의 효율을 정의 하였다.
- 설계하였다. 또한, 선형 발전기의 부하가변에 따른 운전특성의 효과적인 분석을 위해 무부하 및 가변부하 조건하에서 특성해석을 수행하였다. 저항(R) 부하를 가변시켜 수행한 운전특성 해석에서 부하의 증가에 따른 전압 및 전류 특성과 각 부하 시 요구되는 기계적인 입력을 구하여 효율을 정의하였다.
- 이는 제어할 수 없는 인자는 잡음인자로 두고, 제어 가능한 요소를 조절하여 신호 대 잡음 비를 통해 노이즈에 강한 인자를 설계할 수 있게 한다. 먼저, 목적함수는 유기전압의 최대화로 두고 잡음 인자는 3수준으로 가공오차를 고려하였다. 설계 변수는 유기전압과 관련된 5가지를 모두 4수준으로 선정하였고, 그림 6과 표 2에 이를 나타내었다.
- 부하 조건하에서 FEM을 통해 특성 해석하였다. 무 부하 시에는 유기되는 전압을 구하기 위해 외부회로에 초기저항을 크게 하여 부하 양단에 걸리는 전압을 구하였고, 부하특성은 저항부하를 인가하여 해석을 수행하였다.
- 각 공차별로 실험 순서에 따른 실험은 FEA를 통해 수행하였다. 발생 유기 전압은 잡음에 대하여 좋은 성능을 나타내는 것이 중요하므로, 신호 대 잡음 비는 식과 같은 망대특성을 사용하였다.
- 본 논문에서 해석 모델의 주요사양은 3상, 200w급이고 원통형 성형발 전기의 부하가변에 따른 운전특성의 정확한 분석을 위하여 무 부하 및 가변 부하 조건하에서 FEM을 통해 특성 해석하였다. 무 부하 시에는 유기되는 전압을 구하기 위해 외부회로에 초기저항을 크게 하여 부하 양단에 걸리는 전압을 구하였고, 부하특성은 저항부하를 인가하여 해석을 수행하였다.
- 또한 가동자의 운동에 방해 요인으로 작용하는 수직력이 구조적으로 발생하지 않고, 원통형이므로 리니어 가이드와 같은 기계적 장치가 필요하지 않아 손실을 최소화 할 수 있다. 원통형 발전기에서 권선을 가동자 측에 할 경우 권선 연결을 위한 부가적인 지지 구조 등이 필요하기 때문에 본 논문에서는 고정자 측에 3상 집중권을 시행하였다. 가동자는 자속의 집중을 위해 축 방향으로 자화된 자석사이에 코어를 삽입한 halbach 배열을 이용하였다.
대상 데이터
- 선택함으로써 최적의 해를 얻을 수 있다. 노이즈에 대하여 강한 인자를 선정하면 A4B4C4D4E1의 조합을 획득하였다. 이 조합을 이용하여 사프트 직경이 30[mm]인 모델을 재 해석하여 기존의 모델과 비교해 보면 한 코일에서의 실효치가 23.
데이터처리
- 고정자의 형상 및 극 간격에 따른 특성해석을 통하여 파력 발전에 적합한 설계를 하였고, 부하가변에 따른 우전 특성을 검토하였다. 또한, 가동자의 구조 변화에 효과적으로 대응하기 위해 FEA와 Taguchi method를 이용하였고, 설계된 모델과 기존모델을 비교하여 타당성을 검증하였다.
이론/모형
- 저항(R) 부하를 가변시켜 수행한 운전특성 해석에서 부하의 증가에 따른 전압 및 전류 특성과 각 부하 시 요구되는 기계적인 입력을 구하여 효율을 정의하였다. 더욱이 가동자의 샤프트 직경을 감소시키는 것이 불가피하여 직경 감소에 따른 한 코일에서의 유기 전압 감소가 예상되므로 이를 보상하기 위해 실험 계획법과 유한요소법을 이용하였다. 특히, 유기전압에 큰 영향을 줄 것으로 예상되는 영구자석의 가공 오차를 고려하기 위해 Taguchi Method를 사용하여 공차에 강건한 설계를 수행하였다.
- 이렇게 되면 영구 자석의 크기가 감소하여 발생 유기 전압의 감소가 예상된다. 또한 소형 발전기이므로 작은 치수 변화에도 민감할 것으로 사료되어 제작 시 가공 오차를 고려하기 위해 실험 계획법중 Taguchi method를 이용하였다. 이는 제어할 수 없는 인자는 잡음인자로 두고, 제어 가능한 요소를 조절하여 신호 대 잡음 비를 통해 노이즈에 강한 인자를 설계할 수 있게 한다.
- 더욱이 가동자의 샤프트 직경을 감소시키는 것이 불가피하여 직경 감소에 따른 한 코일에서의 유기 전압 감소가 예상되므로 이를 보상하기 위해 실험 계획법과 유한요소법을 이용하였다. 특히, 유기전압에 큰 영향을 줄 것으로 예상되는 영구자석의 가공 오차를 고려하기 위해 Taguchi Method를 사용하여 공차에 강건한 설계를 수행하였다.
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