초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는, 저속에서는 버니어 머신(VM, Vernier Machine)으로 운전하고, 극 변환(PC, Pole Changing) 후 고속에서는 동기전동기로 운전하는 극 변환 버니어 머신(PCVM, Pole Changing Vernier Machine)에 관한 연구로서, “2020년 2월에 종료된 중견과제”의 연구에서 확인된 영구자석 PCVM의 제어의 복잡성 및 계자권선 PCVM의 저효율 등의 문제점을 근본적으로 개선하여 실제 응용에 접근하는 성능을 구현하기 위해, Consequent pole 구조를 갖는 PCVM

□ 연구개요
본 연구는, 저속에서는 버니어 머신(VM, Vernier Machine)으로 운전하고, 극 변환(PC, Pole Changing) 후 고속에서는 동기전동기로 운전하는 극 변환 버니어 머신(PCVM, Pole Changing Vernier Machine)에 관한 연구로서, “2020년 2월에 종료된 중견과제”의 연구에서 확인된 영구자석 PCVM의 제어의 복잡성 및 계자권선 PCVM의 저효율 등의 문제점을 근본적으로 개선하여 실제 응용에 접근하는 성능을 구현하기 위해, Consequent pole 구조를 갖는 PCVM(CPCVM, Consequent Pole Changing Vernier Machine)을 제안함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 : CPCVM 기본설계 및 특성해석 연구
1) 기본설계 연구 : 극 변환 용이성 및 토크 특성을 고려한 CPCVM 기본설계.
2) 특성해석 연구 : 극 변환 해석기법에 의한 극 변환 특성 해석 후, 영구자석의 동작점 변화 확인을 통해 극 변환 유무를 확인 및 검증.

2차년도 : CPCVM 다중 목적 최적설계, 극 변환 제어 및 동특성 연구
1) CPCVM의 다중부하(세탁(저속, VM모드) 및 탈수(고속, 동기기 모드))의 2개 모드를 동시에 고려하여, 전체운전 고효율을 위한 다중목적 최적화 설계
2) 영구자석 착자 방향 변경을 위한 극 변환 제어연구 및 구현
3) 극 변환특성을 고려한 제어 및 동특성 해석

3차년도 : 시작품 제작, 실험 및 검증 연구
- 3차년도 예산 계상시, 수행중인 과제가 본 과제만 남은 상황이었기에, 참여 연구원들의 생활비 확보를 위해 인건비를 우선적으로 책정하고, 시작품비를 확보하지 못함.
- 이로 인해, 3차 년도 연구 목표인 시작품 제작 및 실험을 기한 내에 완료하는 것이 어려워져, 이를 보완하기 위한 연구로써 1) 및 2)를 수행하고, 검증연구 3)을 진행함.
1) 영구자석의 재질 변경으로 인한 재설계 진행 및 극 변환 실험 방법을 고안하여, 제작을 고려한 최적화 모델의 시작품 도안 및 최종 사양을 도출.
2) 실험을 완료하지 못한 것을 보완하기 위해, 실험과 거의 동일한 해석 결과를 내는 것으로 확인된 소프트웨어 JMAG을 사용하여, 제작을 고려한 최적화 모델의 극 변환 성능을 확인함. -> 실제 실험 환경과 동일한 세팅 값에서 해석을 수행하므로, 실험과 거의 동일한 결과를 얻는 것이 여러 논문에서 확인되었음.
3) 검증연구로서, 본 과제에서 연구한 효율 향상 방법이 타당함을 검증하기 위해. 참고문헌 [1]에서 제안되었던 기 발표된 모델과 본 연구를 적용한 향상된 모델의 결과를 비교하여, 효율의 향상 등의 결과를 얻으므로, 본 과제에서 진행한 연구의 타당성을 검증함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 최초로 제안한 2개 모드 운전의 극 변환 버니어 머신의 문제점을 근본적으로 개선하기 위해, 새로운 구조의 CPCVM를 제안하여 극 변환 버니어 머신 연구의 국내외 연구 선도.
- 극 변환 특성을 고려한 상세 설계 및 해석 등의 종합적인 연구 수행.
- 저속과 고속 등 넓은 운전영역이 필요한, 세탁기와 같은 다중 부하 구동 시스템의 고효율 등의 고성능 설계 기술 확보.
- 가격 저감, 극 변환 제어 용이 및 토크 등의 성능향상과 효율 최적화를 목표를 달성하면, 실제 응용에 접근하는 성능을 구현할 수 있을 것으로 기대.
- 본 연구의 “2중 모드 전동기 및 2중 모드운전을 동시에 고려하는 전체 효율 최적화”는, 기존에 어떠한 연구에서도 시도되지 않은 연구이며, 이의 성공적인 연구결과는 에너지 절감에 기여하는 바가 클 것으로 기대됨.
- 본 연구의 결과는 넓은 운전영역과 고효율이 절실한 전기자동차 구동 시스템에도 동일하게 활용할 수 있을 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구의 배경 ... 4
• 1.2 연구의 필요성 ... 6
• 1.3 연구의 목표 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• (1) 1차 년도 : 기본설계 및 특성해석 연구 ... 7
• (2) 2차년도 : CPCVM 다중 목적 최적설계, 극 변환 제어 및 동특성 연구 ... 8
• (3) 3차년도 연구 목표 : 시작품 제작, 실험 및 검증 연구 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 16
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 16
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 16
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 26
• 끝페이지 ... 35