김창업 연구실
전기공학과 김창업
김창업 연구실은 전기공학 분야에서 전기수치해석, 특히 유한요소법(FEM)을 기반으로 한 전기기기 해석 및 최적설계 분야에서 국내외적으로 높은 평가를 받고 있습니다. 본 연구실은 전동기, 발전기, 변압기 등 다양한 전기기기의 자기장, 열, 구조적 특성을 정밀하게 해석하고, 이를 바탕으로 고효율, 고신뢰성의 전기기기 개발에 앞장서고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야는 FEM을 활용한 전기기기 해석, 다중목적 최적설계, 전동기 및 발전기 성능 개선, 전자기 펌프 및 액체금속 유동 해석 등입니다. 특히, 유도전동기, 선형유도전동기, BLDC 모터, 영구자석 동기전동기 등 다양한 전기기기의 설계 및 해석에 FEM과 반응표면법, 유전알고리즘 등 첨단 최적화 기법을 적용하여, 산업 현장에서 요구되는 고효율, 저비용, 고신뢰성의 전기기기 개발에 기여하고 있습니다.
또한, 본 연구실은 전자기 펌프와 액체금속 유동 해석 분야에서도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 전자기력과 유동방정식을 결합한 다물리 해석, 전자기 펌프 내 액체금속의 유동 특성 실험 및 시뮬레이션, 전자기 펌프의 효율 및 신뢰성 향상을 위한 최적설계 등 다양한 연구를 통해, 원자력, 금속가공, 냉각 시스템 등 다양한 산업 분야에 실질적인 기술적 기여를 하고 있습니다.
연구실은 산학협력, 정부과제, 특허, 기술이전 등 다양한 경로를 통해 연구성과를 산업 현장에 적극적으로 적용하고 있습니다. 다수의 우수논문상, 학술상 수상 경력과 더불어, 실제 산업체와의 공동 연구 및 기술 이전을 통해 경제적 가치 창출에도 앞장서고 있습니다.
김창업 연구실은 앞으로도 전기공학 분야의 첨단 해석 및 설계 기술을 바탕으로, 에너지 효율화, 친환경 기술 개발, 산업 경쟁력 강화에 기여하는 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다.
전기수치해석 및 유한요소법(FEM) 기반 전기기기 해석
본 연구실은 전기수치해석, 특히 유한요소법(Finite Element Method, FEM)을 활용한 전기기기 해석 및 설계에 중점을 두고 있습니다. 유한요소법은 복잡한 전기기기의 전자기장, 열, 구조적 특성을 정밀하게 분석할 수 있는 강력한 수치해석 기법으로, 전동기, 발전기, 변압기 등 다양한 전기기기의 성능 예측과 최적화에 필수적으로 사용됩니다. 본 연구실에서는 FEM을 기반으로 한 전기기기 내 자기장 분포, 손실, 온도 상승, 구조적 응력 등 다양한 물리적 현상을 해석하여, 실제 산업 현장에서 요구되는 고효율, 고신뢰성 전기기기 개발에 기여하고 있습니다.
특히, 연구실은 유도전동기, 선형유도전동기, BLDC 모터, 영구자석 동기전동기 등 다양한 전기기기의 설계 및 해석에 FEM을 적용하고 있습니다. 예를 들어, 회전자 불량 진단, 코깅 토크 저감, 자기회로 최적화, 전자기 펌프의 유동 특성 해석 등 실질적인 산업 문제 해결에 초점을 맞추고 있습니다. 또한, FEM과 반응표면법, 유전알고리즘 등 최적화 기법을 결합하여, 다중 목적의 설계 문제를 효과적으로 해결하고 있습니다.
이러한 연구는 전기기기의 성능 향상뿐만 아니라, 신뢰성 확보, 에너지 효율 개선, 제조 비용 절감 등 다양한 산업적 요구에 부응할 수 있습니다. 본 연구실의 전기수치해석 연구는 국내외 학술지 및 학회에서 다수의 우수논문상 수상으로 그 우수성을 인정받고 있으며, 산업체와의 협력 연구를 통해 실제 제품 개발에도 활발히 적용되고 있습니다.
전동기 및 전기기기 최적설계와 고효율화
본 연구실은 전동기 및 다양한 전기기기의 최적설계와 고효율화 연구에 주력하고 있습니다. 최근 산업 현장에서는 에너지 절감과 친환경 요구가 높아지면서, 고효율 전동기 및 발전기 개발이 필수적으로 요구되고 있습니다. 이에 따라 본 연구실은 다중목적 최적설계(Multi-Objective Optimization), 파라미터 학습, 반응표면법, 유전알고리즘 등 첨단 최적화 기법을 활용하여, 전동기의 출력 향상, 온도 저감, 코깅 토크 최소화, 추력 리플 저감 등 다양한 성능 지표를 동시에 만족시키는 설계 방법론을 개발하고 있습니다.
특히, 고전압 유도전동기, BLDC 모터, 영구자석 발전기, 선형유도전동기 등 다양한 응용 분야의 전기기기에 대해, FEM 해석과 상용 최적화 소프트웨어를 연계하여 설계 효율성과 신뢰성을 극대화하고 있습니다. 실제로, 연구실에서 개발한 최적설계 기법을 적용한 결과, 출력이 8% 이상 향상되고, 온도가 10% 이상 저감되는 등 탁월한 성능 개선 효과를 확인하였습니다. 또한, 자동차, 풍력발전, 자동화 설비 등 다양한 산업 분야에 적용 가능한 맞춤형 전기기기 설계 솔루션을 제공하고 있습니다.
이러한 연구는 에너지 효율화와 친환경 기술 개발에 기여할 뿐만 아니라, 산업체와의 공동 연구 및 기술 이전을 통해 실질적인 경제적 가치를 창출하고 있습니다. 본 연구실의 전동기 및 전기기기 최적설계 연구는 국내외 특허, 산학협력 프로젝트, 정부과제 등 다양한 경로를 통해 산업 현장에 적극적으로 적용되고 있습니다.
전자기 펌프 및 액체금속 유동 해석
본 연구실은 전자기 펌프와 액체금속 유동 해석 분야에서도 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 전자기 펌프는 전기적 힘을 이용하여 액체금속을 이송하는 장치로, 원자력, 금속가공, 냉각 시스템 등 다양한 산업 분야에서 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실은 선형유도전동기(LIM) 기반 전자기 펌프의 설계 및 해석, 그리고 액체금속의 유동 특성 분석에 대한 수치해석 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
특히, 전자기력과 유동방정식을 결합한 다물리 해석, 전자기 펌프 내 액체금속의 유동 특성 실험 및 시뮬레이션, 전자기 펌프의 효율 및 신뢰성 향상을 위한 최적설계 등 다양한 연구를 수행하고 있습니다. FEM 기반의 전자기장 해석과 Navier-Stokes 방정식 기반 유동 해석을 통합하여, 실제 운전 조건에서의 성능을 정밀하게 예측하고, 설계 개선에 반영하고 있습니다. 또한, 와전류, 열, 구조적 응력 등 다양한 물리적 현상을 통합적으로 고려하여, 전자기 펌프의 내구성과 안전성을 확보하고 있습니다.
이러한 연구는 원자력 발전소의 냉각 시스템, 금속 정련 및 가공 공정, 첨단 제조설비 등 고난이도 산업 현장에 적용되어, 국내외 산업 발전에 크게 기여하고 있습니다. 본 연구실의 전자기 펌프 및 액체금속 유동 해석 연구는 산학협력, 정부과제, 특허 등 다양한 성과로 이어지고 있으며, 차세대 첨단 전기기기 개발의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다.
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유한요소법을 이용한 1열 및 2열 수직 배열형 선형 동기전동기의 특성 비교
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