The EV electric vehicle market is growing rapidly worldwide. Magnet fixing technology is important for mass production of driving motors, a key part of electric vehicles. The magnet fixing method was carried out by the PAM (Polyamide molding) method. This study conducted the injection of rotor core magnet PA of EV traction motor and is a study on the amount of rotor core deformation. In this study, the change in the outer diameter of the product after injection and the non-molding phenomenon were tested. An injection mold was made and the results and phenomena of product deformation types are discussed.

최근 국제해사기구(IMO)를 비롯한 국제사회에서 선박의 대기오염 배출 규제를 강화하고 있으며, 배기가스 배출을 줄이기 위한 친환경 선박 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그중에서도 풍력 보조 선박추진 시스템 중 하나인 로터 세일(Rotor Sail, RS)이 다시금 주목 받고 있다. RS는 선박 데크에 설치되는 원통형 실린더 장치로 마그누스 효과를 사용하여 유체 동역학적 양력을 생성하는 장치이다. 이는 차세대 친환경 보조 추진 기술 중 하나이며, RS 적용 선박을 개발한 Enercon 社에서는 약 30% 이상의 연료 절감이 가능하다고 발표했다. 본 연구에서는 다중 RS를 선박에 설치할 경우 RS 간격 및 배열 형태와 같은 최적의 설치 조건을 선정하고자 하였으며, RS 배열에 따른 유동특성을 확인하기 위하여 AR(Aspect Ratio) = 5.1, SR(Spin Ratio) = 1.0 및 로터세일 지름과 엔드 플레이트 지름 비( )= 2.0 로 고정하고 자유 유속 U = 5 m/s로 풍향은 +y 축 단방향에 대한 조건만 고려하였다. 배열 조건은 횡방향 거리는 +x 축 방향으로 3D ~ 15D까지 3D 간격 으로 총 5가지 조건을, 종방향 거리는 +y 축 방향으로 5D ~ 25D까지 5D 간격으로 총 5가지 조건을 설정하였으며, 사각 형태(□)와 마름모 형태(◇) 배열에 따른 양력계수( ), 항력계수( )와 공기역학적 효율( / )을 비교하였다. 결과적으로 종방향 간격에 따른 RS의 영향은 크게 차이가 없었으나, 횡방향 간격에 따른 RS 유동특성의 경우 두 RS가 바람 방향에 거의 일치할 때 RS의 상호작용 효과가 가장 크게 나타났다. 배열에 따른 RS 유동특성의 경우, 전방(0°) 방향에서 바람이 불 때 마름모 형태(◇) 배열이 RS 간의 후류 영향을 가장 덜 받는 것으로 나타났다.

국제해사기구(IMO)의 온실가스(GHG) 감축 전략과 같은 환경규제를 강화함에 따라 친환경 선박 및 대체 연료 등 기술 개발이 확대되고 있다. 그의 일환으로 해운사와 조선사를 중심으로 에너지 저감과 풍력 추진 기술을 활용한 선박 추진 기술이 대두되고 있다. 풍 력 추진 기술의 확보와 실증 연구를 조선 및 해운 분야에 도입함으로써 친환경 기술을 활용한 고부가가치 시장을 창출할 수 있으며, 운항 선박의 연료 소비율을 줄임으로써 연비를 약 6~8 % 정도 향상시켜 GHG의 감축을 기대할 수 있다. 로터 세일(Rotor Sail, RS) 기술은 원형 실린더가 일정한 속도로 회전하여 유체를 통과할 때 실린더의 수직 방향으로 유체역학적 힘을 발생시키는 기술이다. 이를 마그누스 효과 (Magnus Effect)라고 하며, 본 연구에서는 선박에 설치된 풍력보조추진 시스템인 RS 주위의 난류 유동특성에 관한 수치해석적 연구를 통하 여 추진효율을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 그래서 RS의 공기 역학적 힘에 영향을 미치는 매개변수로써 속도비(Spin Ratio, SR)와 종횡비(Aspect Ratio, AR) 변화에 따른 양력계수( )와 항력계수( )를 도출하였고, RS 끝단 플레이트(End Plate, EP) 적용에 따른 RS 주변 유동특성을 비교하였다.

Diesel engine is used many industrial fields such as ship, power plant and big-sized vehicles and so on. Roto cap is one of the parts of system of intake and exhaust valve. Roto cap consists of body, disc spring, spring & steel ball, retainer and stop ring. Disc spring is known as taking cyclic load and cyclic load leads to fatigue damage. This study aims to investigate the stability of disc spring due to fatigue damage. As the results, the fatigue life of disc spring according to cylic load could be predicted using fatigue analysis. Consequently, disc spring showed the stability of about 1.7~2 times for criterion load of 1370N.

Roto cap is usually used to diesel engine, especially, big-sized diesel engine such as ship, power plant and so on. Intake and exhaust valves are essential parts of diesel engine and thus roto cap is one of the most important parts of intake and exhaust valves. Roto cap consists of body, disc spring, spring & steel ball, retainer and stop ring. In this study, the body and disc spring in parts of roto cap were simulated using static structural analysis. The purpose of this study is to achieve the data for designing and improving the roto cap. As the results, the body of roto cap showed safety factor of 6.3 in even 2 times of 1370N(target load) and the disc spring showed safety factor of 4.9 in 2370N load.

본 연구에서는 운전 정지 상태로 회전하지 않는 수평축 해상 풍력터빈 로터에서 발생하는 풍하중을 풍속, 요 각도, 방위각, 피치 각도를 달리하면서 대기경계층 내에서 작동하는 조건으로 평가하였다. 하중 예측 결과의 검증을 위해 단순화 한 블레이드 형상에 대한 블레이드 요소이론과 단순 계산치를 이용하여 얻어낸 공력 하중을 상호 비교하였으며, 코드와 비틀림 각도가 블레이드 스팬 방향에 따라 변하는 NREL 5 MW급 대형풍력터빈 로터에 대해서는 NREL에서 개발한 FAST 해석 결과와 본 연구의 해석 결과를 비교 함으로써 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 로터의 하중은 허브 중심을 원점으로 하는 고정된 3축 좌표계에 대해서 힘과 모멘트로 표현되는 6분력 하중으로 나타내었다. 따라서 이 결과는 풍력터빈 시스템의 동적 거동 해석과 로터에서 발생되는 전도 모멘트를 견디기 위해 필요한 지지 구조물의 기초하중 자료로 적용할 수 있다.

Rotor disc (로터 디스크)는 중대형 유조선에서 유류를 하역하는 장치인 COPT (Cargo Oil Pump Turbine)의 터빈을 고속으로 회전시키는 핵심 부품이다. 이 rotor disc는 중심 shaft에 여러 개의 turbine을 원주상으로 배열하고 체결하여 제작한다. 현재의 제작 방법으로는 turbine blade를 배열하고 shroud 덮개로 연결하여 riveting 방식으로 체결한다. 이런 고전적인 방법은 blade pitch의 불균일은 물론 작업 시 오류로 인해 blade에 손상이 가는 경우가 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해서는 조립식의 rotor disc를 설계하여 제작방식을 변경해야 한다. 설계뿐만 아니라 조립식의 disc가 구조적으로 안정한지를 평가해야 한다. 본 논문은 blade의 설계와 이를 조립하였을 때에 구조안전성을 평가하기 위해 구조 해석하여 그 안전성을 검증 한다.

A study has been conducted on the structural analysis to reduce the light weight of the electric vehicle rotor shaft. ANSYS Static Structural was used for structural analysis. For weight reduction, the solid shaft was converted into a hollow shaft. The yield strength of the existing material SCM 440 is 655MPa, but to increase its safety, the yield strength is changed to 1,030MPa with SCM822H. At this time, weight reduction of about 47% was achieved. The resonance frequency of the rotor shaft was determined by vibration analysis and the structural safety was analyzed.

대형 선박의 Cargo Oil Pump Driving Steam Turbine 내에 설치되는 COPT (Cargo Oil Pump Turbine)는 유조선에 탑재되어 탱크에 저장되어 있는 유류를 다른 저장소로 하역하는데 사용되는 필수 장치이다. 펌프 터빈의 로터를 고속으로 회전시켜 유류를 고속으로 이송하는 역할을 하는데, COPT의 Rotor Disc는 터빈의 로터를 고속으로 회전 시키는 주요 핵심부품이다. 로터 디스크는 inner ring에 터빈 블레이드를 조립하고 원주방향의 끝 부분에 shroud 커버를 조립하여 블레이드의 테논을 리벳팅으로 마무리하고 체결하여 고속회전 시 안전성을 담보한다. 리벳팅은 오랜 수작업의 전통 체결방식으로서, 가해지는 힘의 정도에 따라 리벳 헤드부분이 깨지거나 변형되어 크랙이 발생할 수 있으며 또한 블레이드의 중량이 불균형되어 Balancing에 문제가 생길 수도 있다. 또한 오랜 수작업으로 인해 작업자의 근골격계 질환이나 직업병 유발 및 산재사고의 위험에 처할 수 도 있다. 본 연구에서는 shroud 커버가 없는 블레이드 형상을 설계하여 리벳팅 작업을 제거한 로터 디스크를 개발한다. 블레이드의 설계 시 구조안전성을 평가하고 설계 안전율을 점검한다. 설계형상을 대상으로 피로수명을 분석하고 수명을 예측하여 새로운 로터 디스크가 장착되어도 사용상의 안전성이나 내구성을 보장할 수 있도록 한다.

Turbo charger는 배기가스로 구동되는 엔진의 과급기로서 엔진의 효율을 높이는 장치로 많이 사용되고 있다. 특히 대형 선박엔진의 고효율은 연료비의 절감이과 엔진의 출력을 높여 운항시간의 단축 효과를 가져 올 수 있어 매우 많이 사용되고 있다. 이 장치의 내부에는 터빈 블레이드가 로터에 장착되어 고속으로 회전되어 배기가스의 흡입과 배출을 원활이 하도록 하는데, 터빈블레이드가 정밀하게 생산되어야 회전 시 backlash를 줄여 진동 소 음의 발생을 작게 한다. 수십 개의 각 터빈의 형상과 무게가 균일해야 balancing을 맞출 수 있게 된다. 종래의 터빈 블레이드는 주조로 생산된 블레이드 형체의 금속을 정밀가공 하였으나 주물강의 인장강도와 피로강도가 높지 않아 장기간 사용 시에 파손되거나 조립부의 마멸 때문에 진동 소음 발생의 우려가 있었다. 본 연구에서는 인장강도와 피로강도가 높은 단조 강을 사용하여 터빈블레이드를 정밀 생산하여 소재의 기계적 특성을 향상시켜 소음 진동의 발생을 억제하고 이를 밸런싱 테스트 하여 구조적으로 안정적인 터빈블레이드의 개발에 관한 것이 연구목적이다. 터빈블레이드는 dovetail 역할을 하는 블레이드의 root 부와 날개부분의 airfoil 부분으로 나누어 개발한다. Root 부위의 2개 평행면의 중심면, root와 airfoil 경계면, 블레이드의 수직 평행면의 3면의 교차점을 블레이드의 원점 으로 정한다. 블레이드의 root 부분은 곡선의 형태를 수평 이동하여 연결한 ruled surface로 형성되어 있으므로, wire EDM으로 형상을 따내고 이를 creep-feed 연삭으로 정밀 가공하여 곡면의 표면을 생성한다. 이 부분의 가공 을 위해 형상에 맞는 roll dresser와 jig의 개발이 필요하다. 이 root가 rotor의 축에 결합되므로 선의 윤곽도 공차 가 엄밀해야 한다. Airfoil 부위는 자유곡면으로 형성되어 5축 공작기계에 의해 정밀가공을 한다. 이때에 블레이드의 형상공차를 맞추어야 하며 airfoil의 표면거칠기 정밀도뿐만 표면의 면윤곽도 공차를 범위 내에 맞추도록 한다. 블레이드 모 서리 부분의 leading edge 와 trailing edge의 곡률의 윤곽정밀도를 향상시켜 곡률반경 0.47~0.67에 속하도록 하며 선윤곽도 공차를 관리한다. 형상이 완성되면 shot peening 방법으로 재료표면의 경도와 소재의 피로강도, 인장강도를 높이는데 5 bar의 압 력으로 강구를 표면으로부터 10mm 거리에서 발산시켜 강화한다. 정밀가공 후 밸런싱 머신에 회전 벨런싱을 테스트 하여 정밀도를 검증한다. 본 연구는 터빈블레이드의 정밀생산에 관하여 발표하며 root는 고속회전 시 backlash를 줄이도록 특히 선의 윤곽정 밀도가 0.025 이내에 오도록 생산하였고 밸런싱 값이 485gmm으로 정밀 생산되었음을 입증하였다.

상반전 풍력터빈은 설계와 성능 관점에서 최근 각광을 받기 시작하고 있다. 본 논문은 NREL S822, S823을 이용하여 설계 및 모델링한 상반전 풍력터빈에 대해 연구를 수행하였다. 본 논문은 수치해석 기법을 통하여 단일 풍력터빈과 상반전 풍력터빈을 각각 설계하고, 그 성능을 다양한 조건에서 비교하고자 하였다. 그 결과 상반전 풍력터빈은 단일 풍력 터빈에 비해 TSR 3~5 영역에서 보다 높은 성능계수를 나타냈으며, 그 보다 더 높은 TSR 영역에서는 낮은 성능계수를 나타내었다. 이것은 로터 상 하류의 간섭의 간섭 때문이며, 또한 본 연구에서는 낮은 영역의 TSR에서 운전되는 상반전 풍력터빈의 유효성을 함께 보였다.

해양에너지는 아직 개발되지 않은 가장 유망한 재생 및 청정에너지 자원 중 하나이다. 특히 우리나라는 세계적으로 보기 드문 조류발전의 적지이며, 이를 이용하기 위해서는 각 해역에 적합한 조류에너지 변환 장치의 개발이 매우 필요하다. 따라서 본 연구에서는 조류발전 방식 중 수평축 로터 블레이드의 최적형상 설계 및 성능평가를 목적으로 날개 끝 손실 모델을 포함하는 날개요소 운동량이론을 적용한 조류터빈 설계기법을 제안하고, 100 kW급 로터 블레이드를 설계하였다. 또한 블레이드 국부위치에서 주속비에 따른 Prandtl의 날개 끝 손실 변화를 비교하였으며, 정격 날개 끝 속도비에서 NACA63812를 사용하여 설계된 로터 블레이드의 동력계수는 0.49로 우수한 성능을 나타내었다.

본 논문은 로터 시스템의 디스크 회전운동을 표현하는데 있어 운동방정식을 통합하는 과정에서 기존 연구자들이 채택한 오일러 각 사용법이 일관성이 없음을 지적하였다. 기존 연구자들은 오일러 각 순서가 달라서 속도와 운동에너지도 달리 산정하였음은 물론, 운동방정식은 오직 선형 시스템만 취급해 왔다 이러한 오일러 각 사용법의 단점을 극복하기 위하여 회전운동을 더욱 단순하게 매개화할 수 있는 4원법(quaternion)과 구 좌표계를 적용하여 비선형 시스템을 도출하였다. 이를 바탕으로 수치해석을 통하여 기존 방법과 비교하여 제안한 방법의 신뢰성과 우수성을 보였다.