가천대학교 에너지 변환 시스템 연구센터

1. 연구실과 기고자 분에 대한 소개 부탁드립니다. 홈페이지 바로가기

안녕하세요. 저는 가천대학교 에너지 변환 시스템 연구센터장 김원호 교수입니다. 저희 연구실은 2019년에 설립하여 전자계 해석에 의한 다양한 전기기기를 설계 및 분석하고 있습니다. 전기기기는 현대 산업과 생활에서 필수적인 역할을 하는 장치들입니다. 전기를 이용하여 기계적 에너지를 만들거나, 전기의 형태를 변환하는 기능을 수행합니다. 대표적인 전기기기로는 모터, 발전기, 변압기가 있습니다. 특히, 오늘날 유압 시스템의 전동화에 따라 모터의 중요성은 커지고 있어 해당 분야에 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다. 이러한 산업적 흐름에 발맞추어 저희 연구팀은 다수의 특허 출원을 통해 지적 재산권 확보를 진행중이며 양산을 포함한 기술사업화를 위하여 세부 응용기술 검토와 연구를 진행하고 있습니다.

또한, 친환경 기술을 중심으로 한 연구개발을 통해 고객의 다양한 요구를 충족시키고 있으며, 세계 최고 수준의 기초토목 장비 제작을 목표로 끊임없이 발전하고 있습니다. 최근에는 신재생에너지 분야에서 800톤 페데스탈크레인 일체형 13,000톤급 해상풍력발전기 전용 설치선 개발을 성공적으로 마쳤다는 소식을 전해드릴 수 있어 기쁘네요.

2. Ansys를 사용하게 된 계기와 연구 분야에서 어떻게 활용되고 있는지 안내 부탁드립니다.

저희가 Ansys Maxwell을 사용하게 된 계기는 최근 모터 설계 분야에서 높은 효율성과 신뢰성이 필수적으로 요구됨에 따라, 보다 정밀한 해석이 필요했기 때문입니다. Ansys Maxwell은 전자기장, 전류 밀도, 자속 분포 등을 정확히 예측할 수 있는 우수한 CAE 소프트웨어로, 모터 설계 과정에서 복잡한 전자기 현상을 효과적으로 분석할 수 있다는 장점이 있습니다.

[그림 1 Ansys CAE 소프트웨어 전기기기 분야 활용 예시]

현재 저희 연구팀에서는 Maxwell을 활용하여 모터의 구조와 재료 특성을 정밀하게 모델링하고 있으며, 특히 이상적인 정현파 조건과 실제 구동 조건을 모두 고려한 정상상태 및 과도상태 해석을 수행하고 있습니다. 이를 통해 역기전력 고조파, 토크 리플, 손실 특성 등 모터의 주요 성능 요소를 보다 현실적으로 분석하고 있습니다. 결과적으로 설계 초기 단계에서부터 잠재적인 문제를 사전에 파악하고 해결하여 모터의 성능과 신뢰성을 크게 향상시키는 데 적극 활용하고 있습니다.

3. Ansys등 CAE 해석 소프트웨어를 이용했을 때 해석 속도와 정확도는 얼마나 향상되었나요?

■ 효율성 및 신뢰성, 시스템 안전성 향상

저희 연구팀에서는 Ansys사의 CAE 해석 소프트웨어를 주로 사용하고 있습니다.
특히 HPC의 병렬 처리기술을 활용하여 대규모 해석의 연산속도 향상을 통해 분석 과정이 효율적으로 진행되었으며, 그 결과 시간적 비용을 절감하고 전체 개발 일정 단축에 기여할 수 있었습니다. 또한 Multi Physics 해석 기능을 사용하여 정밀한 다중 물리 해석을 통해 정확도를 향상시키고, 시스템을 구성하는 요소들의 통합적 해석을 통해 설계 신뢰성 및 시스템 안전성이 향상되었습니다. 

[그림 2 Ansys CAE 소프트웨어 Multi Physics 해석 기능 활용 예시]

4. 태성에스엔이에서 공급드리는 제품과 고객 서비스의 차별화된 장점에 대한 의견 부탁드립니다.

■ 전문적인 기술 지원

저희 연구팀은 태성에스엔이에서 제공하는 다양한 서비스 중 특히 두 가지를 가장 큰 장점으로 꼽고 싶습니다. 바로 전문적인 기술 지원과 고품질의 기술 세미나입니다.
우선, 태성에스엔이는 해석 관련 문의에 대해 깊이 있는 전문 자료를 제공하여, 보다 정확하고 신뢰도 높은 분석이 가능하도록 지원해 줍니다. 단순한 답변을 넘어, 실무에 바로 적용할 수 있는 유용한 정보를 제공해 주는 점이 매우 인상적이었습니다. 또한, 유지보수 서비스 또한 친절하고 체계적으로 이루어져, 필요할 때마다 신속한 대응을 받을 수 있어 연구의 효율성을 높이는 데 큰 도움이 되었습니다.

■ 고품질 기술 세미나

추가로, 최신 해석 기술이 적용된 기술 세미나를 통하여 최신 트렌드와 실무 적용 사례를 학습할 기회를 제공해 줍니다. 덕분에 최신 CAE 해석 기법을 연구에 활용할 수 있었고, 이를 통해 더욱 정밀한 분석이 가능해졌습니다. 

■ 언제 어디서나 학습 가능한 이러닝 

마지막으로, 태성에스엔이에서 제공하는 이러닝 프로그램을 통해 원하는 해석 기법을 학습할 수 있었습니다. 연구 및 실무에 필요한 내용을 언제 어디서나 학습할 수 있어, 보다 효과적으로 해석 역량을 키울 수 있었습니다.

이처럼, 태성에스엔이의 전문적인 지원과 다양한 교육 프로그램은 연구실의 해석 역량을 한층 더 향상시키는 데 큰 도움이 되고 있습니다.

5. 마지막으로 향후 귀사의 기술 발전과 비전에 대한 설명과 함께 태성에스엔이에 바라는 점을 말씀해주세요. 

최근 모터의 경량화 및 소형화에 대한 관심이 높아지면서, 기존 모터와 차별화된 Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) 모터 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그러나 일반적인 AFPM 모터는 대량 생산이 어려워 상용화에 한계가 있습니다.
이를 해결하기 위해 저희 연구팀은 혁신적인 AFPM 모터 기술을 개발 중이며, 본 기술은 다양한 산업에서 새로운 변화와 혁신을 이끌 핵심 기술이 될 것입니다. 특히, PCB(Printed Circuit Board)를 활용한 모터는 현재 개발 중인 다양한 축방향(Axial) 모터 중 가장 빠르게 양산 및 보급이 가능할 것으로 기대됩니다.

[그림 3 PCB모터 개념도 및 실물 사진]

이러한 첨단 기술 개발을 성공적으로 이끌기 위해서는 정밀한 CAE 해석과 신뢰성 높은 시뮬레이션이 필수적이며, 이 과정에서 태성에스엔이가 최고의 파트너가 될 것이라 확신합니다. CAE 해석을 통한 정밀한 시뮬레이션과 기술 지원을 바탕으로, 새로운 모터 기술의 상용화 및 산업 적용을 더욱 빠르게 앞당길 수 있을 것입니다.