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부하변동이 큰 하이브리드 자동차에서 파워버퍼의 연비 개선은 분명하다. 단위 질량당 파워 면에서 월등한 플라이휠 기반 기계식 파워버퍼가 자동차에 적용된 바는 있으나, 배터리 전원을 가진 이동체 적용된 사례는 없다. 본 논문에서는 드론과 같은 배터리 전원 이동체에의 적용을 목표로 파워버퍼의 설계요구 조건을 도출하고, 설계 과정을 체계화한 후 설계 사례를 제시한다. 파워버퍼는 인버터, 전동발전기, 컨버터로 구성되어 있다. 전동발전기는 PCB 고정자코일을 가지는 축자속 영구자석형 동기전동기 형식이며 컨버터는 boost 형태이다. 드론의 피크파워에 맞춰 최대 160,000 rpm의 전동기가 설계되었고, 스위칭 주파수 5 kHz의 boost 컨버터가 설계되었다. 실험을 통해 파워분담 개념을 확인하였고, 시뮬레이션을 통해 피크 파워가 13% 감소함을 확인하였다.
A power buffer has been known to increase fuel efficiency in hybrid cars. A flywheel-based mechanical power buffer is superior to other types in terms of specific power. Although several hybrid cars are equipped with mechanical power buffers, no research has been conducted on the application of these buffers to battery-operated mobile systems. In this study, we determine the design requirements, systematize the design process, and provide a design example to apply the power buffer to a drone. The buffer comprises an inverter, a motor/generator, and a boost converter. We use an axial-flux permanent magnet synchronous motor with PCB stator windings. The maximum speed of the motor/generator is 160,000 rpm. The boost converter has a switching frequency of 5 kHz and is controlled by a proportional-integral controller. The test results help validate the power sharing concept. Further, the simulation results demonstrate that the peak power decreases by 13 percent when the power buffer is used in parallel with a battery for a drone.
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Power Buffer, Flywheel Energy Storage, Mobile System, Power Leveling
