초록 ▼

□ 연구개요
- 풍력발전 시스템에서는 기어트레인은 시스템 고장 원인의 20%를 차지하며, 전체 고장 시간의 50%를 넘는 등 풍력발전의 전력 공급 신뢰성과 안정성 저해하는 주요 원인이다.
- 본 연구는 풍력발전 기계식 기어의 접촉에 기인한 발열 및 파손 문제를 개선하기 위해 비접촉 동력전달이 가능한 마그네틱 기어를 제안하였다.
- 마그네틱 기어의 기준모델을 선정하고 다각도의 특성분석을 통해 전달토크, 리플, 손실 등의 개선방향을 제시하였으며, Hybrid type을 통한 동력차단 기술 구현 및 Dual-stage를

□ 연구개요
- 풍력발전 시스템에서는 기어트레인은 시스템 고장 원인의 20%를 차지하며, 전체 고장 시간의 50%를 넘는 등 풍력발전의 전력 공급 신뢰성과 안정성 저해하는 주요 원인이다.
- 본 연구는 풍력발전 기계식 기어의 접촉에 기인한 발열 및 파손 문제를 개선하기 위해 비접촉 동력전달이 가능한 마그네틱 기어를 제안하였다.
- 마그네틱 기어의 기준모델을 선정하고 다각도의 특성분석을 통해 전달토크, 리플, 손실 등의 개선방향을 제시하였으며, Hybrid type을 통한 동력차단 기술 구현 및 Dual-stage를 통한 출력밀도 개선을 나타내었다.
- 풍력발전용 기계식 기어의 주요 문제 개선하고 신개념 융복합 기어트레인인 마그네틱 기어의 설계기틀을 마련하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
● Magnetic gear의 모델링, 최적설계 및 전달 토크 특성 분석
- FEM을 기반으로 한 1kW 풍력발전용 Magnetic gear의 설계 기법 확립
- Magnetic gear의 토크 특성 향상을 위한 기본 특성 분석
: 폴피스 및 공극 길이, 극수 및 기어비 변화에 따른 토크 특성 분석
- 손실 저감 및 비산 방지를 위한 IPM type 회전자 구조 설계

● Hybrid magnetic gear의 최대 전달토크 연구 및 Motion equation 기반 연구
- 동력 차단 성능을 가진 Hybrid magnetic gear 개발
: 슬롯&코일 type의 Inner rotor 적용
- 최대 전달토크 특성을 나타내는 영구자석 두께 최적 설계
- 토크리플 개선 대책 확립 : Pole piece bridge, 비대칭 공극 구조, 캡 Chamfering
- Motion equation을 기반으로 Hybrid magnetic gear의 실적용 가능성 입증
: 구동 직후 응답 시간 0.03-0.05s 이내 수렴

● Dual-stage magnetic gear의 최적 기어비 연구 및 맞춤형 설계 기법 체계화
- 출력밀도 향상을 위한 Dual-Stage magnetic gear 개발
: 기존의 Hybrid magnetic gear 대비 출력밀도 5% 상승
- Dual-stage magnetic gear의 최적 기어비 도출을 위한 비교 기준 확립
- 단가 저감을 위한 돌극형 구조 적용 및 최적 설계
: 영구자석 사용량 37% 저감, Hybrid magnetic gear 대비 출력밀도 10% 상승

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구를 통해 Magnetic gear의 형상변화에 따른 목표사양에 적합한 설계 지침을 제시함으로써 다양한 형태의 기어트레인에 접목하기 위한 Magnetic gear의 설계 기준자료로써 활용 가능하다.
- 풍속 변동에 따른 과부하 및 발전량 변동에 대비 가능한 Hybrid magnetic gear를 탑재함으로써, 유지보수의 용이성과 빈도수 감소로 운전 신뢰성이 검증된 기어 양산을 위한 생산기술을 확보할 수 있다.
- 또한, Dual-stage 및 돌극형 구조 적용으로 영구자석 사용량 저감으로 인한 가격 상승 최소화가 가능하며, 국내 풍력발전 업체의 Magnetic gear 출시와 시장선점의 우위 확보에 활용 가능할 것이라 사료된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 1차년도 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1-1. 기본모델 선정 ... 4
• 1-2. Air gap에 따른 특성 ... 4
• 1-3. Pole piece 반경방향 길이에 따른 특성분석 ... 4
• 1-4. 구동축과 피동축의 극수에 따른 전달토크 특성분석 ... 4
• 1-5. Pole piece 형상에 따른 특성분석 ... 5
• 1-6. IPM type의 Magnetic gear 설계 ... 5
• 2) 2차년도 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2-1. Hybrid magnetic gear 기본모델 형상 결정 ... 5
• 2-2. Hybrid magnetic gear 영구자석에 따른 토크특성 해석 ... 6
• 2-3. 영구자석 사용량 최적화 ... 6
• 2-4. 토크 리플 저감 ... 6
• 2-5. Pole piece 설계 파라미터에 따른 토크 특성 분석 ... 6
• 2-6. 실험계획법에 따른 Hybrid magnetic gear의 형상 최적화 ... 6
• 2-7. Motion equation 기반 속도 및 전달 토크 해석 ... 6
• 3) 3차년도 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 3-1. Dual-Stage magnetic gear의 비교모델 선정 ... 7
• 3-2. 극수 변화에 따른 특성 분석 ... 7
• 3-3. Dual-Stage magnetic gear의 기어비 조합에 따른 특성분석 ... 7
• 3-4. 1,2,3차년도 Magnetic gear의 체적 비교 ... 8
• 3-5. Magnetic gear의 돌극형 구조 적용 시 영구자석 폭 길이에 따른 출력 및 효율 분석 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 10