• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2005년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.169-172
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• 2005

A flywheel system is an electromechanical energy storage device that stores energy by rotating a rotor. The rotating part, supported by magnetic bearings, consists of the metallic shaft, composite rims of fiber-reinforced materials, and a hub that connects the rotor to the shaft. The delamination in the fiber wound composite rotor often lowered the performance of the flywheel energy storage system. In this work, an advanced hybrid composite rotor with a split hub was designed to both overcome the delamination problem in composite rim and prevent separation between composite rim and metallic shaft within all range of rotational speed. It was analyzed using a three-dimensional finite clement method. In order to demonstrate the predominant perfom1ance of the hybrid composite rotor with a split hub, a high spin test was performed up to 40,000 rpm. Four radial strains and another four circumferential strains were measured using a wireless telemetry system. These measured strains were in excellent agreement with the FE analysis. Most importantly, the radial strains were reduced using the hybrid composite rotor with a split hub, and all of them were compressive. As a conclusion, a compressive pressure on the inner surface of the proposed flywheel rotor was achieved, and it can lower the radial stresses within the composite rotor, enhancing the performance of the flywheel rotor.

• 소음진동
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• 제8권1호
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• pp.81-86
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• 1998

A 500Wh class high-speed Flywheel Energy Storage System (FESS) driven by a built-in BLDC motor/generator has been designed, which runs from 30000 to 60000rpm nominally. Due to the motor/generator inside, the flywheel rotor made of composites supported by PM/EM hybrid bearing system has a shape of bell or pendulum and thus requires accurate rotordynamic analysis and prediction of its dynamic behavior to secure the operating reliability. Rotordynamic analyses of the flywheel rotor-bearing system revealed that the bell shaped rotor has two conical rigid-body modes in the system operating range and the first conical mode, of which nodal point lies in the radial EM bearing position, can adversely affect the dynamic response of the rotor at the corresponding critical speed. To eliminate the possibility of wild behavior of the rotor, two guide bearings are adopted at the upper end of the rotor and motor/generator. It was also revealed that the EM bearing stiffness if 0.5~1.0E+6 N/m and damping of 2000 Ns/m are favirable for smooth operation of the system around the 2nd critical speed.

• Composites Research
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• 제18권1호
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• pp.45-54
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• 2005

필라멘트 와인딩 공정으로 제작된 고속 회전용 복합재 플라이휠 로터는 층간분리 현상에 의해 에너지 저장용량이 저하된다. 그리고 기존의 링 타입 허브는 복합재 로터 내측면에 인장력을 가하게 되고. 이는 로터내의 반경방향 인장응력을 가중시켜 로터의 한계 회전수를 저하시킨다. 복합재 로터의 응력해석을 위해서 2차원 평형방정식과 경계조건이 사용되었고, 이를 근거로 강도비를 최소화시키는 최적의 내압이 존재함을 수치적으로 제시하였다. 이러한 최적의 내압을 발생시키기 위해서 원주방향으로 분할된 스플릿 타입 허브를 제안하고, 링 타입과 스플릿 타입 허브의 두께변화에 따른 내압분포의 영향을 제시하였다. 스플릿 타입 허브의 유효성을 검증하기 위해 허브를 포함한 복합재 로터를 제작한 다음, 최대 회전수 40,000rpm까지 파손 없이 스핀 테스트를 수행하였다. 동시에 로터 표면에 4개의 원주방향 및 반경방향 스트레인게이지를 부착하여 변형률을 무선으로 측정하였다. 측정된 변형률은 해석결과와 매우 잘 일치하였다. 특히 반경방향의 응력을 크게 낮출 수 있었고, 반경방향으로 모두 압축 변형률이 발생함을 확인하였다. 결국 스플릿 타입 허브는 플라이휠 로터의 단점인 반경방향의 낮은 강도를 보안하는 효과를 나타내어, 저장에너지 밀도를 증가시킴으로써 대형 고출력 플라이횔 에너지 저장 시스템의 개발 가능성을 제시하였다.