This paper presents a conceptual design approach of air-cored synchronous machine with high temperature superconductor (HTS) field winding. With a given configuration of a target machine, boundary conditions are set in the cylindrical coordinate system and analytic field calculation is performed by solving a governing equation. To set proper boundary conditions, current distributions of the field winding and the armature winding are expressed by the Fourier expansion. Based on analytic magnetic field calculation results, key machine parameters are calculated: 1) inductance, 2) critical current of field winding, 3) weight, 4) HTS conductor consumption, and 5) efficiency. To investigate all potential design options, 6 sweeping parameters are determined to characterize the geometry of the machine and the parameter calculation process is performed for each design options. Among design options satisfying constraints including >80 % critical current margin and >95 % efficiency, in this paper, a first-cut design was selected in terms of overall machine weight and HTS conductor consumption to obtain a lightweight and economical design. The goal is to design a 5-MW machine by referring to the same capacity machine that was previously constructed by another group. Our design output is compared with finite element method (FEM) simulation to validate our design approach.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.4
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pp.91-99
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2022
By applying METHOD 514.8 of the US military standard MIL-STD-810H, vibration analysis of the winding core automatic feeding device was performed during vehicle transportation. The contact point between the LM guide and main support frame was weak in the vertical axis, transverse axis, and longitudinal axis during the transportation of the automatic winding core feeder vehicle, and the maximum equivalent stress was 236.31 MPa in the longitudinal axis. When random vibration was applied, the safety margin in the longitudinal direction was 0.26, indicating low safety. The safety margin was changed by increasing the damage factor to 0.1. Finally, the safety margin was improved to 3.48 to secure safety. Resonance occurred with a Q factor of 9.34 in the harmonic response to which the RMS value of the ASD data was input, and the vertical axis safety margin was derived as 0.16. When the damping factor was 0.15, the Q factor was 3.37, and resonance was avoided with a safety margin of 6.62.
Spandex yarn requires a twisting process during winding and unwinding processes at the textile industry. The air-twist nozzle is widely used as part of the winding and unwinding. This paper describes computational approach to design the geometry of the air-twist nozzle. The nozzle has circular yarn-channel and the air-inlet which is perpendicularly connected to the yarn-channel with yarn-loading slit. The air-inlet of the nozzle is designed while measurements of the yarn-channel are fixed. The airflow inside the air-twist nozzle is simulated by using Computational Fluid Dynamic model. The Ansys CFX was used to perform steady simulations of the airflow for the air-twisting process. The vortical structure and the airflow pattern such as velocity streamline, vorticity, velocity of the air-twist nozzle are discussed. Computational results are compared with experimental results in this paper.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.3
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pp.197-203
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2009
This paper presents a novel method to diagnose magnetization faults produced during magnetization process using stator coils of a brushless dc motor with concentrated windings. It is demonstrated that the stator coil magnetization faults can cause a drop of energy efficiency of the brushless dc motor through computer simulations using a magnetization fault model and efficiency test using compressors. The proposed method diagnoses the stator coil magnetization faults by using an inverter during the brushless dc motor driving test after the magnetization process is completed. An experimental study on the brushless dc motor for compressor shows that the stator coil magnetization faults can be detected with high sensitivity.
The fiber reinforced composite material is widely used in the multi-industrial field because of their high specific modulus and specific strength. It has two main merits which are to cut down energy by reducing weight and to prevent explosive damage proceeding to the sudden bursting which is generated by the pressure leakage condition. Therefore, Pressure vessels using this composite material can be applied in the field such as defence industry and aerospace industry. In this paper, for nonlinear finite element analysis of E-glass/epoxy filament winding of composite vessel subjected to internal pressure, the standard interpretation model is developed by using the ANSYS with AutoLISP and ANSYS APDL languages, general commercial software, which is verified as useful characteristic of the solution. Among the modules of the system, both the process planning module for carrying out the process planning of filament wound composite pressure vessel and the autofrettage process module for obtaining higher residual stress will minimize trial and error and reduce the period for developing new products. The system can serve as a valuable system for experts and as a dependable training aid for beginners.
Composite pressure vessels with HDPE (high density polyethlyne) liner with metal boss at each end were developed by Filament Winding Process. The vessel is composed of a dome-shaped part at each end and a cylinder-shaped part at the middle of the vessel. The environmental tests carried out for possible vessel materials such as High Density Polyethlyn (HDPE), resins and reinforcing fibers up to a year showed no significant damages. The boss was designed to minimize the gas leak which was verified by FEM analysis. Most ideal fiber tension was obtained by experimental method and the fiber volume fraction, $\textrm{V}_{f}$, obtained by image analyzer were 55.4 % in cylinder and 55.6 % in dome parts, respectively. Winding pattern is programmed to control the composite thickness in the dome areas such that the failure of the vessel may occur in the cylinder. During the cure, the vessel was rotated and a constant internal pressure of 0.62 bar was applied. From this, the vessel's burst pressure is improved by 28 %. The burst and fatigue tests for under-wound and fully wound vessel showed satisfactory results.
Reduction of yam hairiness by nozzles in ring spinning and winding is a new approach. Simulation of the airflow pattern inside the nozzles provides useful information about actual mechanism of hairiness reduction. The swirling air current inside the nozzles is capable of wrapping the protruding hairs around the yam body, thereby reducing yam hairiness. Since production rate of winding is very high and the process itself increases yarn hairiness any method to reduce the hairiness of yarns at this stage is a novel approach. A CFD (computational fluid dynamics) model has been developed to simulate the airflow pattern inside the nozzles using Fluent 6.1 software. In this study, both S- and Z-type nozzles having an axial angle of 500 and diameter of 2.2 mm were used for simulation studies. To create a swirling effect, four air holes of 0.4 mm diameter are made tangential to the inner walls of the nozzles. S- and Z-twisted yams of 30 tex were spun with and without nozzles and were tested for hairiness, tensile and evenness properties. The total number of hairs equal to or exceeding 3 mm (i.e. the S3 values) for yam spun with nozzle is nearly 49-51 % less than that of ring yams in case of nozzle-ring spinning, and 15 % less in case of nozzle-winding, while both the yarn types show little difference in evenness and tensile properties. Upward airflow gives best results in terms of hairiness reduction for nozzle-ring and nozzle wound yams compared to ring yarns. Yarn passing through the centre of the nozzle shows maximum reduction in S3 values.
In this paper, the variation of mechanical properties of T800 carbon/epoxy composites according to the forming pressure, which was referred to previous studies on a filament winding process, were investigated. The specimens of all the tests were fabricated by an autoclave de-gassing molding process controlling forming pressure (absolute pressures of 0.1MPa, 0.3MPa, 0.7MPa including vacuum) and water jet cutting after fabricating composite laminates. Various tensile tests were performed for in-plane properties and interlaminar properties were also measured by using Iosipescu test jig. Fiber volume fraction was measured to correlate the property variation and the forming pressure. This properties are expected to be utilized in the design of Type III pressure vessel for hydrogen vehicles which uses the same carbon fiber (T800 carbon fiber) for the filament winding process.
Kim, Donggeon;Doh, Youngdae;Kim, Gensang;Kim, Myungjoo;Lee, Sangwoo
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.25
no.6
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pp.74-86
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2021
The composite lattice structure is a structure that supports the required load with the minimum weight and thickness. Composite lattice structure is manufactured by the filament winding process using impregnating high-strength carbon fiber with an epoxy resin. Filament winding process can laminate and manufacture only structurally necessary parts, composite lattice structure can be applied to aircraft fuselages, satellite and launch vehicles, and guided weapons to maximize weight reduction. In this paper, the development and evaluation of the composite lattice structure corresponding to the entire process from design, analysis, fabrication, and evaluation of large-scale cylindrical and conical composites lattice structure were performed. To be applicable to actual projectiles and guided weapons, we developed a cylindrical lattice structure with a diameter of 2,600 mm and a length of 2,000 mm, and a conical lattice structure with an upper diameter of 1,300 mm, a lower diameter of 2,500 mm, and a length of 900 mm. The performance of the developed composite lattice structure was evaluated through a load test.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1996.06a
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pp.143-151
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1996
In order to reduce the automotive weight, the study exchanging the steel for FRP in leaf spring has been studied. The purposes of this study are to develop more effective manufacturing process of FRP leaf springs than conventional one and to examine the prototype which is made by the developed process. As the results, we have developed more productive manufacturing process by 3-5 times than the conventional one and made FRP leaf spring with equivalent or higher quality than steel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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