요약
본 발명은 전동기의 축전압 저감을 위한 삽입형 차폐 실드를 제안합니다. 이 차폐 실드는 전동기 내부에 존재하는 기생 커패시턴스를 저감하여 축전압을 줄이는 방법을 제공합니다. 이로써 베어링 고장을 줄이고 전동기의 신뢰성을 높이는데 기여할 것으로 기대됩니다. 차폐 실드는 구리와 같은 도전성 재질로 형성되므로 비용적인 부담을 줄일 수 있습니다. 또한, 차폐 실드의 두께가 0.2mm로 전동기에 삽입하는데 문제가 없어 적용이 용이합니다.
기본 정보
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특허명: 전동기의 축전압 저감을 위한 삽입형 차폐 실드 및 삽입형 차폐 실드를 포함하는 전동기
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대표 발명자: 허진 교수
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출원번호: 10-2023-0070945
발명의 배경 및 필요성
기술의 배경
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전동기는 공간 벡터 펄스 폭 변조(SVPWM) 인버터로 구동되며, 릴럭턴스 토크와 마그네틱 토크를 활용해 고효율, 고토크, 높은 전력 밀도를 가짐
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이러한 특성으로 인해 전동기는 자동차 분야 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됨
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하지만, 전동기의 고장 중 40% 이상이 베어링 관련 고장으로, 이는 전동기의 축전압 때문에 발생함
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축전압은 SVPWM 인버터에 의한 공통 모드 전압(CMV)이 전동기에 걸리면서 발생하며, 이로 인해 베어링 고장을 유발하고 전동기의 고장까지 초래할 수 있음
기술의 필요성
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축전압 저감을 위한 다양한 연구들이 있지만, 대부분은 유지 보수 비용이 많이 들거나 신뢰성이 떨어지는 문제가 있음
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이를 해결하기 위해 본 발명은 전동기의 축전압 저감을 위한 삽입형 차폐 실드를 제안함
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이 삽입형 차폐 실드는 전동기 내부에 존재하는 기생 커패시턴스를 저감하여 축전압을 줄이는 방법을 제공함
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따라서 본 발명은 베어링 고장을 줄이고 전동기의 신뢰성을 높이는데 기여할 것으로 기대됨
구현방법
기술의 원리
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본 기술은 전동기의 축전압 저감을 위한 삽입형 차폐 실드를 적용함으로써, 권선-회전자 기생 커패시턴스와 엔드 권선-회전자 기생 커패시턴스를 줄이고, 이에 따라 축전압을 저감시킵니다.
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이 차폐 실드는 도전성 재질로 구성되며, 고정자의 슬롯 개구부와 엔드 권선을 차단하는 역할을 합니다.
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축전압 저감은 전동기의 속도에 영향을 주지 않으며, FPCB 레이어의 수가 증가할수록 축전압 저감율이 높아집니다.
구체적인 구현 방법
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전동기의 고정자와 회전자 사이에 도전성 재질로 구성된 차폐 실드를 삽입합니다.
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차폐 실드는 고정자의 슬롯 개구부를 차단하는 제1 실드부와 고정자의 엔드 권선을 차단하는 제2 실드부를 포함하며, 두 부분은 일체로 형성될 수 있습니다.
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축전압 저감을 위해 레이어의 수를 증가시킵니다. 이는 레이어 증가에 따라 절연층으로 인해 실드의 총 커패시턴스 값이 증가하고 임피던스가 감소하여 실드를 통해 더 많은 전압이 감소되기 때문입니다.
기술의 장점
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본 기술은 전동기의 축전압을 저감시키는 효과적인 방법을 제공합니다.
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유지 보수 및 비용 측면에서 어려움 없이 실드를 제작하고 제안된 방식의 구리 실드 구조를 전동기 내부에 삽입할 수 있습니다.
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전동기의 속도에 영향을 주지 않으면서 축전압을 저감시키는 효과가 있습니다.
실험 및 결과
실험의 목적
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본 발명의 삽입형 차폐 실드가 전동기의 축전압 저감에 효과적인지 확인하는 것을 목표로 함.
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축전압 저감이 전동기의 속도에 영향을 미치지 않는지 검증하는 것을 목표로 함.
실험 방법 및 과정
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전동기의 고정자와 회전자 사이에 삽입형 차폐 실드를 적용하고, 실드의 축전압 저감 효과를 측정합니다.
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축전압 저감 효과를 더욱 높이기 위해 FPCB 레이어의 수를 점진적으로 증가시키면서 축전압을 측정합니다.
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축전압 저감이 전동기의 속도에 어떠한 영향을 미치는지 관찰합니다.
실험 결과
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삽입형 차폐 실드의 적용으로 전동기의 축전압이 효과적으로 저감되었습니다.
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FPCB 레이어의 수가 증가할수록 축전압 저감율이 높아졌습니다.
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축전압 저감이 전동기의 속도에 영향을 미치지 않았습니다.
발명의 활용 방안
전동기의 신뢰성 및 축전압 저감
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본 발명은 전동기 내부에 삽입하는 전도성 재질의 차폐 실드를 이용해 베어링 고장에 영향을 주는 축전압을 저감하는 기술임
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차폐 실드의 간단한 구조와 저렴한 단가로 초기 전동기 제작시 삽입하면 추후 실드 교체나 유지보수 없이 축전압 저감 가능함
비용 효율성 및 적용 편의성
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차폐 실드는 구리와 같은 도전성 재질로 형성되므로 비용적인 부담을 줄일 수 있음
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차폐 실드의 두께가 0.2mm로 전동기에 삽입하는데 문제가 없어 적용이 용이함
기대효과
기술적 혁신
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본 발명의 차폐 실드는 권선-회전자 기생 커패시턴스와 엔드 권선-회전자 기생 커패시턴스를 저감하여 축전압을 줄이는 기술적 혁신을 달성함
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구리 실드를 적용했을 때의 전동기 축전압이 93.8% 저감되는 효과를 확인함
사회적 가치
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본 발명의 차폐 실드는 저렴한 비용과 간편한 적용으로 전동기의 신뢰성을 향상시키는 사회적 가치를 제공함
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전동기의 축전압 저감으로 베어링 고장을 예방하여 전동기의 사용 수명을 연장하고 유지보수 비용을 절감하는 효과를 기대할 수 있음
기술 SWOT 분석
Strengths
고효율과 고토크
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본 기술은 릴럭턴스 토크와 마그네틱 토크를 활용해 고효율, 고토크, 높은 전력 밀도를 가집니다.
축전압 저감
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전동기의 축전압을 저감시키는 효과적인 방법을 제공합니다. 이로 인해 베어링 고장을 줄이고 전동기의 신뢰성을 높일 수 있습니다.
유지 보수 및 비용 절감
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유지 보수 및 비용 측면에서 어려움 없이 실드를 제작하고 제안된 방식의 구리 실드 구조를 전동기 내부에 삽입할 수 있습니다.
Weaknesses
실드의 제작 및 적용
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실드의 제작과 적용 과정이 복잡할 수 있으며, 전문적인 기술이 필요합니다.
Opportunities
전동기 시장의 확장
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전동기는 자동차 분야 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되며, 본 기술의 적용으로 전동기 시장의 확장이 기대됩니다.
Threats
기존 기술과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 다른 전동기 기술과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
시장동향
전동기 시장 동향
방패 기술 시장 동향
대표도면
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