전동기를 설계 시 자기등가회로법은 전동기의 세부 형상에 크게 구애를 받지 않기 때문에, 공간고조파법과 수치해석기법에 비해 유용하다. 이 논문에서는 Spoke type PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)의 회전자 자기등가회로를 설계하였다. 회전자 자기등가회로를 통해, 마그네틱 토크 성분을 구성하는 공극자속밀도 수식을 이끌어 낼 수 있다. 이를 통해, Spoke type PMSM은 마그네틱 토크가 주 토크이기 때문에, 공극 자속밀도 및 형상치수비를 이용하여 전동기의 크기를 계산하였다.
본 논문에서는 자기유도 방식의 3.3kW급 무선전력전송회로의 설계 및 실험결과를 제시한다. 본 논문에서 고려하는 무선전력전송회로는 전기차 무선충전에 적용하는 것을 염두에 두고 이격거리는 17.5cm를 기준으로 하는 한편, 최근 전기차 무선충전 분야의 표준화 동향을 고려하여 동작주파수 범위는 85kHz 내외로 유지하는 것을 설계사양으로 채택하였다. 또한, 전기차무선충전에 있어서 급전단과 수전단의 이격거리, 정렬오차 등의 변동으로 인한 자기 결합도의 변동이 있을 수 있음을 감안하여 이를 설계에 반영하였다. 설계사양을 검증하기 위해 실험용 회로를 구성하였고 이에 대한 효율시험 결과를 제시하였다.
본 논문에서는 권선 사이의 자계결합도 변동을 고려한 자기 공진 방식의 전기차 충전용 무선전력전송회로의 설계기법을 제시한다. 자기공진 방식의 전기차 충전용 무선전력전송회로는 LLC 공진형 컨버터와 동작원리가 유사하지만 설계측면에서는 회로의 동작주파수가 표준규격에 의해서 일정범위로 제한되고 1차측과 2차측 권선의 정렬상태에 따라서 자계결합도가 변동할 수 있다는 점에서 LLC 컨버터와는 차이가 있다. 본 논문에서는 동작주파수의 제한범위 및 자계결합도의 변동을 고려한 무선전력전송회로의 설계기법을 제시하는 한편, 시뮬레이션을 통하여 설계를 검증한다.
본 논문에서는 권선 사이의 자계결합도 변동을 고려하여 자기공진 방식의 보조권선을 포함하는 전기차 충전용 무선전력전송회로의 설계기법을 제시한다. 전기차 충전용 무선전력전송회로를 설계하기 위해서는 회로의 동작주파수가 표준규격에 의해서 일정범위로 제한되고 1차측과 2차측 권선의 정렬상태에 따라서 자계결합도가 변동할 수 있다는 점이 고려되어야 한다. 본 논문에서는 동작주파수의 제한범위 및 자계결합도의 변동을 고려하여 1차측에 보조권선을 포함하는 자기공진형 무선전력전송회로의 설계기법을 제시한다.
자기공진형 무선전력에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며 산업계의 관심 또한 꾸준히 증가하고 있다. 하지만 실제 무선전력을 개발하고 적용하는데 많은 어려움이 있으며 실용화 관점의 개발 가이드 역시 부족한 실정이다. 이에 자기공진형 무선전력을 산업계에 보급하고자 최적 설계 플랫폼에 대해 연구 및 제작하였다. 자기공진형 무선전력 최적 설계 플랫폼은 코일 성능을 예측하는 코일 디자이너, 공진 회로를 구성하기 위한 자기공진형 회로 최적화 모듈, 그리고 완성된 시스템에서 성능을 미리 알 수 있도록 성능 시뮬레이터로 구성되어 있다. 실제 설계, 개발 및 실증까지 가능한 자기공진형 최적 설계 플랫폼에 대해 소개한다.
영구자석형 전동기는 높은 출력밀도를 가지므로 현재까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 일반적으로 매입형 영구자석 동기전동기는 영구자석의 사용량이 많을수록 돌극비를 향상 시킬 수 있으므로 발생토크 성분 중 릴럭턴스 토크의 비중을 키울 수 있다. 이는 토크 발생 시 입력전류를 저감시켜 동손이 감소하고 효율을 증가시키는 효과를 기대할 수 있다. 본 논문에서는 매입형 영구자석 동기전동기의 등가자기회로법를 이용한 설계에 대해 다루고자 한다. 등가자기회로법은 계산시간이 빠르고 전동기 구성인자들의 영향을 신속하게 살펴 볼 수 있으므로 초기설계에 많이 사용된다. 본 논문에서는 등가자기회로법을 이용하여 공극자속밀도를 산정한 후 슬롯을 고려한 relative permeance, 그리고 무부하 역기전력을 산정하고 최종적으로 유한요소법을 이용하여 검증한다.
FLL 회로는 측정된 신호를 voltage to current converter를 거쳐 feedbak coil에 인가함으로써 외부 자장을 상쇄하여 SQUID의 동작점을 원점으로 회귀시켜 선형 구간을 유지하도록 하는 역할을 한다. FLL회로의 동자 범위와 특성을 분석하기 위해서는 일반적인 time-delayed feedback 회로와 사용된 OP amp의 slew rate, filter 의 amplitude 및 위상 특성, SQUID의 critical current, pickup coil 및 SQUID의 inductance 등 다양한 파라미터를 고려하여야 한다. 이러한 SQUID 회로의 복합적인 특성을 SQUID 에뮬레이터를 사용함으로써 FLL 회로를 손쉽게 설계할 수 있고, 또한 회로의 최적화도 쉽게 이를 수 있다. 또한 초전도에서 동작하는 SQUID 나 자기 차폐실이 없어도 FLL 회로 등을 개발할 수 있기 때문에 생체자기시스템의 개발 초기 단계에 널리 활용될 수 있다. 따라서 이 논문의 목적은 FLL을 포함한 SQUID 제어 회로를 SQUID 센서와 분리하기 위한 방법을 제안하는 것으로 자기적으로 coupling되어 있는 feedback 회로를 회로적으로 addition을 수행하게 함으로써 SQUID와 분리하여 회로의 동작 및 특성을 측정할 수 있다.
본 논문에서는 설계변수 변화에 따른 특성을 빠른 시간 내에 파악할 수 있는 등가자기회로법(equivalent magnetic circuit method)을 활용하여 콜레노이드(colenoid) 타입의 선형 액츄에이터 설계 알고리즘을 제시하였다. 우선 선형 액츄에이터의 중요치수가 결정되면 등가자기회로법에 의해 슬롯 폭 비율 및 인가전류에 따른 클램핑력으로 파라미터 맵(parameter map)을 완성하고 이를 활용하여 효율적인 슬롯 폭 비율을 결정하였다. 또한 최대 클램핑력(clamping force)을 얻기 위해 극 폭 조절 알고리즘을 수행하여 최적의 극 폭 치수를 선정하였으며 이를 바탕으로 인가전류에 따른 클램핑력을 계산하여 40 kN 이상 출력하기 위한 최적의 극 수, 극 폭 치수 및 인가전류를 결정하였다. 제안된 설계 알고리즘은 최적설계 방법인 반응표면법(response surface method)과 비교하여 제안한 설계 알고리즘의 타당성을 검증하였다.
본 논문에서는 UHF TV방송 전 대역 Ch.14(473MHz)$\sim$Ch.69(803MHz)까지의 모든 채널에서 동작하는 유도결합구조의 RF동조회로를 설계하였다. 기존 자기결합구조의 RF동조회로는 PCB 양면을 사용하여야 하고 수작업으로 Air Coil 간격을 조절해야만 한다. 부품의 집적화와 양산 효율성 측면에서 자기결합구조의 단점을 해결할 수 있도록 하기 위해 본 논문에서 제안한 유도결합구조는 수동부품인 칩인덕터와 칩커패시터 및 가변용량 다이오드만을 사용하여 RF동조회로를 설계하였다. 칩인덕터는 Air Coil에 비해 낮은 소자 Q값을 가진다. 상대적으로 낮은 Q값을 갖는 칩인덕터를 사용하기 때문에 이를 보완하기 위해 Peaking용 칩인덕터를 설계 디자인에 적용하였다. 가변형 대역통과필터로 동작하기 위해 자기결합구조와 동일하게 가변용량 다이오드를 이용하였다. UHF TV방송 전 대역(470$\sim$806MHz)에서 -2.88 $\sim$ -3.97dB의 삽입손실 특성 및 -8dB 이상의 반사손실 특성과 330MHz의 중심주파수 변화 범위를 갖는다. 현재 상용중인 지상파 튜너에 적용되고 있는 자기결합구조의 RF동조회로를 대치하여 적용될 수 있을 것이다.
본 논문에서는 권선 사이의 자계결합도 변동을 고려하여 설계된 자기공진 방식의 전기차 충전용 무선전력전송회로의 효율 실험 결과를 제시한다. 특히, 동일한 시스템 사양에 대해 1차측 및 2차측에 각각 코일을 구비한 2-코일 방식의 회로와 1차측에 보조코일이 추가된 3-코일 방식의 회로를 각각 설계, 제작하였고 동등한 조건에서 두 방식의 효율을 비교하였다. 비교실험 결과 두 방식의 회로에 대한 효율이 크게 차이가 발생하지 않음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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