전자기 해석을 통한 1 kW급 축방향 영구자석 외전형 발전기의 형상 최적설계 (Shape Optimal Design of 1 kW-Class Outer Rotor Type Generator with Axial-Flux Permanent Magnet Using Electro-Magnetic Analysis)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 B / 47권 / 1호 / 45 ~ 54페이지
· 저자명 : 박형준, 강효림, 안대균, 한승호

초록

도시형 소형 풍력발전기는 풍속조건의 허용범위가 넓은 경우에도 기동이 용이하도록 수직형 블레이드가 채용되고 있으며, 높은 효율의 전력생산을 위한 발전기가 요구되고 있다. 따라서, 전력 생산 시 부가적인 기계적 손실을 줄이기 위하여, 증속기가 없는 직접구동 방식의 발전기 설계가 필요하다. 본 연구에서는 개념설계를 통하여 2단 적층 구조를 갖는 1 kW급 축방향 외전형 직접구동형 발전기를 제안하였으며, 10극/12슬롯 조합과 분포형 이층구조 방식의 권선모델이 적용된 초기설계가 수행되었다. 초기 설계로 얻어진 1단 1/2-유한요소모델에 대하여 회로정수 및 부하조건을 고려한 전자기 해석이 수행되었으며, 이를 통해 발전기의 유효전력을 구하였다. 목표사양인 유효전력 250 W를 제약조건으로 발전기의 설계인자 7개에 대한 형상 최적설계가 수행되었으며, 이를 통해 발전기의 중량이 초기모델과 동일한 수준을 유지하며, 발전기의 목표사양을 만족하는 설계인자의 최적해가 얻어졌다.

영어초록

An urban wind turbine with small scale generator adopts darrieus type vertical blades which make possible to start easily turbine and to produce electricity even under the conditions of weak and irregular winds. The generator for a highly efficient power production should be required, so that the design using a direct-driven permanent magnet synchronous generator has been considered owing to reduction of additional mechanical losses during the power production. In this study, 1 kW-class outer rotor type generator with two stage was proposed, in which an axial-flux permanent magnet was applied to 10 pole/12 slot combination and distributed windings with double layer. Finite element model was prepared by taking into account of single-stage and half geometry of the generator, and then electro-magnetic analysis was carried out to calculate the active powers under given loading conditions and electrical parameters. To meet the requirement of the target specification such as the active power with 250 W, the shape optimal design was conducted, in which 7 design variables were varied and design space was explored under a constraint of weight minimization. As a result, the optimized design variables of the generator were found to satisfy the target specification, and the weight of the generator was maintained at the same level of that for the initial design model.

참고자료

· 없음