본 논문은 MW급 직접구동(DD) 풍력발전기 적용을 위한 표면형 PM 베리어 제너레이터(surface PM vernier generator, SPMVG)의 설계 및 분석을 제시한다. SPMVG는 더 높은 토크 밀도의 장점을 갖지만, 특히 전기적 정격부하가 증가하는 고출력 정격에서 역률이 악화되며, 자심의 자기 포화 및 PM 탈자(demagnetization)와 관련된 몇 가지 심각한 우려 사항이 존재한다. 이러한 문제는 PM 치수, 적용 전기적 부하(전기적 로딩), 슬롯 형상 및 슬롯–폴(slot–pole) 조합의 선택과 같은 기계 설계 파라미터들과 직접적으로 연관된다. PM 두께 및 몇 가지 다른 설계 변수에 따라, 각 슬롯–폴 조합은 특성 전기적 부하(specific electrical loading)에 대한 최적값을 갖는 것으로 규명된다. 특성 전기적 부하의 최적값을 사용하면 기계가 포화되지 않으면서 성능이 최적화되고 역률이 불필요하게 저하되지 않는다. 또한 특정 설계 제약 하에서, 관련된 여러 설계 변수들의 적절한 선택을 보장하는 설계 기준이 개발된다. 개발된 설계 기준을 사용하여 슬롯–폴 조합의 변화에 따른 다양한 전자기적 성능의 경향을 논의한다. 도출된 경향은 각 슬롯–폴 조합이 일정한 토크 밀도와 역률을 제공함을 명확히 보여주며, 따라서 요구되는 토크 밀도 및/또는 특정 역률 한계의 관점에서 슬롯–폴 조합을 선택하는 데 지침이 된다. 마지막으로, 개발된 설계 접근을 활용하여 정격 출력 15 MW의 SPMVG를 설계하였으며, 설계 목표는 체적당 토크를 최대화하고 역률 한계를 0.4로 설정하는 것이다. 또한 설계된 SPMVG의 성능과 관련된 다양한 측면을 기존의 PM DD 15 MW 발전기와 종합적으로 비교한다.

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