최장영 연구실
충남대학교 전기공학과
최장영 교수
영구자석 동기기기
전자기 해석
유한요소해석(FEM)
최장영 교수 연구실
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최장영 연구실
충남대학교 전기공학과 최장영 교수
최장영 연구실은 전기기계의 전자기설계와 전자장해석을 중심으로 영구자석 동기기기 성능과 품질을 분석하는 연구를 수행합니다. 특히 분석 모델과 FEM을 결합하여 SPMSM, PMSG 등에서 자속 경로, 포화, 고조파 특성이 역기전력, 토크 리플, 손실에 미치는 영향을 규명합니다. 3D 모델의 계산 부담을 줄이기 위해 반-삼차원 자기 등가회로와 보정 모델을 활용하고, 비선형 자성열화 예측 및 NVH 평가까지 확장해 신뢰성 설계 근거를 확보합니다. 이를 신재생에너지용 발전기와 전기구동 응용으로 연결합니다.
영구자석 동기기기전자기 해석유한요소해석(FEM)자기等가회로(MEC)손실특성 해석
대표 연구 분야
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자기기어 일체형 영구자석 동기발전기 다물리 해석 및 설계기술
Multiphysics Analysis and Design Technology for Integrated Permanent Magnet Synchronous Generators w
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자기기어 일체형 영구자석 동기발전기 다물리 해석 및 설계기술
Multiphysics Analysis and Design Technology for Integrated Permanent Magnet Synchronous Generators w
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영구자석 기기 최적 설계 및 준-정확 모델링을 통한 토크 특성 향상
Optimal Design and Semi-Accurate Modeling for Torque Performance Improvement in Permanent Magnet Mac
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PMSM의 고온·과부하 자성열화, 고조파 손실, 전자기 NVH 평가 및 저감
Reliability, Harmonic Loss, and Electromagnetic NVH Evaluation and Mitigation for PMSMs
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
5개년 연도별 논문 게재 수
97총합
5개년 연도별 피인용 수
464총합
주요 논문
5
논문 전체보기
1
article
|
·
인용수 8
·
2024Irreversible Demagnetization Prediction Due to Overload and High-Temperature Conditions in PMSM Based on Nonlinear Analytical Model
Duy-Tinh Hoang, Manh-Dung Nguyen, Su-Min Kim, Tae-Kyoung Bang, Yong‐Joo Kim, Kyung-Hun Shin, Jang-Young Choi
IF 5.4 (2024)
IEEE Transactions on Energy Conversion
본 논문에서는 과부하 및 고온 조건에서 영구자석동기전동기(Permanent Magnet Synchronous Machines, PMSMs)의 비가역적 자화감소(탈자)를 예측하기 위한 정확한 해석 모델을 제시한다. 제안하는 모델은 탈자의 결정을 위한 공정과 함께 비선형 모델을 포함한다. 먼저, 비선형 모델은 각 영구자석(PM)을 잔류자속밀도(Remamence Flux Density, RFD)들이 서로 분리된 다수의 작은 세그먼트로 분할함으로써 비균일 자화를 고려한다. 포화에 의해 발생하는 높은 탈자(감자) 자계를 정확히 반영하기 위해 조화 해석(Harmonic Modeling, HM)과 반복 루프를 결합하여 비선형 해를 구한다. 수렴이 달성될 때까지 RFD들을 반복적으로 갱신한다. 제안된 모델은 탈자 효과와 포화 효과를 모두 포착하면서 기기의 거동을 정확하게 예측할 수 있다. PMSM을 이용한 검증 결과, 유한요소해석(Finite Element Analysis, FEA) 및 실험 결과와의 일치도가 우수했으며, FEA 시뮬레이션에 비해 계산 시간이 유의하게 감소하였다. 본 접근법은 역경(불리한 조건) 하에서 기기의 신뢰성을 보장하면서 PMSM을 설계하고 평가하는 데 공학자들에게 견고한 도구를 제공한다.
https://doi.org/10.1109/tec.2024.3519736
Nonlinear system
Demagnetizing field
Control theory (sociology)
Materials science
Engineering
Physics
Computer science
Magnetic field
Magnetization
2
article
|
인용수 10
·
2022Investigation of Electromagnetic Losses Considering Current Harmonics in High-Speed Permanent Magnet Synchronous Motor
Ju-Hyeong Lee, So-Young Sung, Han-Wook Cho, Jang-Young Choi, Kyung-Hun Shin
IF 3.2 (2022)
Energies
본 논문은 고속 영구자석 동기전동기에서의 전자기 손실을 예측하기 위한 특성 분석 및 실험적 검증을 제시한다. 운전 특성(예: 속도 및 입력 전류)을 예측하기 위해, 공간벡터 펄스폭 변조(SVPWM) 인버터와 고속 영구자석 동기전동기(HPMSM)의 모델을 결합하는 동적 모델링을 수행한다. 예측된 고조파 전류를 전자기 해석에 적용함으로써, 고정자 권선의 DC 및 AC 구리손, 그리고 로터 슬리브와 로터 영구자석의 와전류 손실을 유한요소(FE) 방법으로 종합적으로 분석한다. 특히, 고조파에 따른 자속밀도의 자기장 거동을 분석함으로써, 코어 손실 분석 기법을 제안한다. FE 해석으로부터 도출된 고정자 구리손과 로터 와전류 손실을 제안된 코어 손실 분석과 결합하는 하이브리드 해석의 타당성은 다양한 운전 조건에서의 실험 결과와의 비교를 통해 검증되었다. 실험 결과와 비교했을 때, 정현 전류를 사용한 하이브리드 해석의 총 손실 오차는 약 47.39%였으며, 고조파 전류를 사용한 하이브리드 해석의 총 손실은 유의하게 개선되어 3.7% 이내로 나타났다.
https://doi.org/10.3390/en15239213
Eddy current
Stator
Copper loss
Harmonics
Magnet
Permanent magnet synchronous generator
Rotor (electric)
Harmonic analysis
Synchronous motor
Control theory (sociology)
3
article
|
인용수 4
·
2022Optimal Design of Permanent Magnet Synchronous Machine Based on Random Walk Method and Semi 3D Magnetic Equivalent Circuit Considering Overhang Effect
Su-Min Kim, Woo-Sung Jung, Woo-Hyeon Kim, Tae-Kyoung Bang, Dae-Hyun Lee, Yong‐Joo Kim, Jang-Young Choi
IF 3.2 (2022)
Energies
오버행(overhang) 구조를 갖는 영구자석 동기기(PMSM)는 영구자석의 증가된 자기 에너지를 보상함으로써 출력 밀도를 향상시킬 수 있다. 오버행 구조를 분석하기 위해서는 PMSM의 3차원(3D) 해석이 필수적이다. 그러나 3D 해석은 시간이 오래 걸리며, 초기 설계 단계에서 모델링 과정이 복잡하다. 이러한 문제를 극복하기 위해 2D 모델에 자기 등가회로(magnetic equivalent circuit) 기법을 적용한다. 본 논문에서는 반(半) 3D 자기 등가회로(MEC)와 랜덤 워크(random walk) 방법을 기반으로 오버행 구조를 갖는 PMSM의 최적 설계 방법을 제안한다. 반 3D MEC를 사용하면 오버행 효과를 고려하면서 PMSM을 신속하게 해석하고 정확한 전자기 해석 결과를 얻을 수 있다. 또한 랜덤 워크 알고리즘을 이용해 로터의 네 가지 설계 파라미터를 최적화함으로써 PMSM의 체적과 중량을 최소화할 수 있다. 고효율을 달성하기 위해 동일한 제약 조건 하에서 구리 손실이 최소가 되도록 목적함수를 선택한다. 제안된 설계 기법의 타당성은 도출된 최적 모델에 대해 반 3D MEC와 3D 유한요소법의 해석 결과를 비교함으로써 검증한다.
https://doi.org/10.3390/en15217852
Rotor (electric)
Magnet
Finite element method
Control theory (sociology)
Power (physics)
Computer science
Magnetic circuit
Equivalent circuit
Copper loss
Permanent magnet synchronous generator
최신 정부 과제
13
과제 전체보기
1
2022년 4월-2026년 12월
|1,568,200,000원밭 농업 전주기 작업이 가능한 전기구동 기반의 가변형 농기계 플랫폼 개발
[주관연구개발기관((주)대동)] o 밭작물 농기계 2차 Proto 제작을 통한 작업환경 별 성능 확인 o 환경별 문제점 및 개선사항 확인 및 개선 설계[공동연구개발기관1(한국전자기술연구원)] o 다양한 밭 지형에서 주행이 가능한 플랫폼 전기구동 모듈 최적화 o 농작업 시간을 고려한 플랫폼 전기구동 제어 최적화[공동연구개발기관2(충남대학교산학협력단)]...
밭작물
재구성
가변형
전기구동
스마트농기계
2
협동|
2022년 4월-2026년 12월
|850,200,000원밭 농업 전주기 작업이 가능한 전기구동 기반의 가변형 농기계 플랫폼 개발
본 과제는 밭농업의 모든 과정에 활용될 수 있는 전기 구동 방식의 가변형 농기계 플랫폼을 개발하는 연구임.
연구 목표는 밭작물 작업 환경 및 시장 조사를 기반으로 밭농업 기계 플랫폼의 개념 및 레이아웃을 설계하는 데 있음. 다양한 밭 지형 주행 가능한 전기구동 모듈 설계 및 제어 기반기술 확보, 토양 모델링 및 전동화 시뮬레이션 모델 개발, 자율주행 조향 제어 모델 개발도 포함됨.
핵심 연구 내용은 밭작물 작업환경 정립, 밭농업 기계 플랫폼 개념 및 레이아웃 설계(주요 부품, 배터리팩, BMS, 전장/고전압 시스템 포함)임. 또한, 밭 지형 주행 전기구동 모듈 및 제어 기반기술 확보, 토양 모델링 및 전동화 주행부 시뮬레이션 모델 개발, 자율주행 시뮬레이션용 Geometry 및 조향 제어 모델 개발이 진행됨.
기대 효과는 자율주행 기반 친환경 전동형 농기계 기술 확보 및 핵심 부품 국산화 달성임. 밭농업 전주기 자율작업 알고리즘 확보로 작업 시간 단축 및 에너지 절약에 기여할 것으로 전망됨. 농가 소득 증대, 국내 농기계 산업 경쟁력 확보, 수입 대체 및 수출 확대, 농촌 고령화 문제 해결, 농업 생산성 향상에 중요한 역할을 할 것임.
밭작물
재구성
가변형
전기구동
스마트농기계
3
협동|
2022년 4월-2026년 12월
|1,866,200,000원밭 농업 전주기 작업이 가능한 전기구동 기반의 가변형 농기계 플랫폼 개발
본 과제는 밭농업의 전 과정에 걸쳐 모든 작업을 수행할 수 있는 전기 구동 방식의 변형 가능한 농기계 플랫폼을 개발하는 연구임. 이는 농작업의 효율성을 높이고 지속 가능한 친환경 농업을 실현하는 데 기여함.
연구 목표는 밭작물 농기계 1차 프로토타입 제작 및 다양한 밭 지형 주행이 가능한 전기구동 모듈 핵심기술과 농작업 시간을 고려한 전기구동 제어 핵심기술 개발임. 또한 시뮬레이션 모델 개발을 위한 토양 환경 및 차량 특성 계측, 조향제어 및 동역학 시뮬레이션 모델 개발을 포함함.
핵심 연구 내용은 주관기관의 밭작물 농기계 1차 프로토타입 제작, 배터리 팩 설계 및 성능 시험, 통합제어기 개발을 통한 전기구동 모듈 적용 레이아웃 검증과 작동 성능 확인을 수행함. 공동연구기관들은 농작업 재구성이 가능한 전기구동 모듈 메커니즘 분석, 가변형 플랫폼 대응 전기구동 구조 설계, 고출력밀도 경량 구조 주행 모터 제어기 설계 등 핵심기술 개발에 집중함. 토양 단품모델 개발 및 성능평가, 전동화 플랫폼을 이용한 작업 데이터 계측 및 분석, 3D Geometry 및 동역학 시뮬레이션 모델 개발도 주요 내용임.
기대 효과는 과학기술적으로 자율주행 기반 친환경 전동형 농기계 기술 확보 및 핵심 부품 국산화, 레벨3 자율작업 기술 확보를 통한 작업 시간 단축 및 에너지 절약에 기여함. 경제적으로는 농가 소득 증대, 국내 농기계 산업 경쟁력 확보 및 수출 확대가 기대됨. 사회적으로는 농촌 인구 감소 및 고령화 문제 해결, 농업인 작업 환경 개선, 신규 일자리 창출에 이바지할 것으로 전망됨.
밭작물
재구성
가변형
전기구동
스마트농기계
최신 특허
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와전류손 저감 기능이 구비된 회전장치
상태
등록출원연도
2022출원번호
1020220117393마그네틱 커플링
상태
등록출원연도
2021출원번호
1020210013345영구자석 발전기 및 이를 이용한 무날개 풍력발전기
상태
등록출원연도
2020출원번호
1020200021716