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기본적인 모터의 기본 구성 요소는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.전동기는 고정자(Stator)와 회전자(Rotor)로 이루어져 있으며, 이들 사이의 간격을 공극(Airgap)이라고 합니다. 고정자와 회전자는 에너지 변환을 위해 자기회로와 전기 회로를 구성합니다. 자속이 통과하는 자기 회로를 구성하기 위해서 이들은 일반적으로 철심으로 만들어집니다. 투자율이 클수록 적은 전류로 많은 자속을 얻을 수 있가 때문입니다. 철심 내의 슬릇(Slot)에 삽입된 도체를 통하여 전기 회로를 구성하면 철심에 자속이 발생하게 됩니다. 이처럼 전자석을 생성하는 방법도 있지만, 영구자석을 사용하기도 합니다.1, 직류 전동기 직류 전동기는 고정자 권선과 회전자 권선 모두에 직류 전원이 인가됩니다. (여기서 권선이란 감겨진 코일이라 생각하시면 됩니다 ) 고정자 권선에 의해 만들어진 고정된 자기장과 그 내부에 있는 회전자 권선에 의해서 만들어진 힘의 상호작용을 통해 회전합니다. 고정자 권선을 통해 고정된 자석을 만들고 회전자 권선의 슬릇의 전기 E로 생성된 자석간의 상호작용입니다. 직류 전동기에서는 브러시(Brush)와 정류자(Commuator)에 의한 정류 작용에 의해 회전자 도체의 전류 분포가 회전자의 회전과는 상관없이 항상 동일하게 유지됩니다.2, 교류 전동기 교류 전동기 역시 2개 자석의 상호 작용에 의한 힘으로 회전하는데, 직류 전동기와는 달리 고정자 자석과 회전자의 자석이 모두 회전합니다. ( 회전자와 고정자의 회전이 아닙니다) 이럴 경우 회전자 자석은 고정자 자석을 쫓아 회전하기 때문에 회전자가 회전하게 됩니다. 교류 전동기는 회전하는 고정자 자석을 만들기 위해서 3상 교류 전원을 이용합니다. 3상 권선에 3상 대칭 교류 전압을 인가하게 되면 공극에 동기 속도로 회전하는 자계가 발생합니다. 이를 '회전자계'라 하며, 교류 전동기 회전의 근본적 힘이 됩니다.교류 전동기는 회전자 자석을 어떤 전원으로 만드는지에 따라서 동기 전동기와 유도 전동기 두 개로 분류됩니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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자동차 서스펜스는 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자동차의 서스펜션에서기계적인 부분으로 본다면가장 중요한 부분은 역시 스프링 입니다스프링 마다 정해진 탄성이 있기에차량 설계 상에서 차체 균형 제어를 위해 필요한 탄성이 설계치가 나오고그 범위에 맞는 서스 펜션이 장착되야 하기에그에 맞는 탄성의 스프링을 스프링 제조 업체에서 생산하게 됩니다.스프링/ 쇼크 업소버, 컨트롤 암, 부싱 등 여러 부속이 있으나결국 가장 중요한 것은 스프링 이기 때문이지요.서스펜션은 보통차랑 앞뒤 바퀴 쪽에만 있다고 생각하기 쉬운데요그게 눈에 가장 띄니 말이지요하지만 실질적으로차량에는 바퀴 쪽 외에 차체 전후 좌우 상하로 여러개의 보이지않는 서스펜션이 장착되어여러 주행상황에서의 차체의 안정성을 지키려는 목적을 수행하고 있습니다.최근에는기존 서스펜션을 전자제어 서스펜션으로 업그레이드 하여 주행에 따라 자동으로 조절되는 서스펜션도 사용가능합니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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자동차의 관련된 부품은 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자동차 부품이라면 한두개가 아닌 지라 어떻게 만들어 진다 라고 다 설명을 힘들겠으나일단 차체는강판을 프레스기로 필요한 형태마다다 프레스로 제작하는 건 아실 듯 합니다.그 외 차체 안에서도내부 적으로 상당히 복잡한 구조는 프레스나 사출로나 성형이 힘들 수 있기에최근에 그런 부위는 3D 프린팅을 통해 제작하기도 합니다.그리고 가장 중요한 엔진엔진은 일단컴퓨터 지원 설계(CAD)를 통해 엔진의디지털 모델이 만들어집니다. 3D 모델을 통해 엔진의각 부품이 어떻게 작동하고 어떻게 조립되는지를시각적으로 확인할 수 있습니다. 이것은 엔진을물리적으로 만들기 전에 디지털로 미리 시뮬레이션하는 중요한 단계입니다.이어지는 엔진 부품에 사용될 재료를 선택하고 공급업체로부터 해당 재료를 구매합니다. 이는 열, 압력,내구성 등 다양한 환경에서의 성능을 고려하여결정 됩니다.제조단계로 가게되면금속 부품을 만들기 위해 다이 캐스팅이나 성형과정을 거치고, 가공 작업을 통해 부품의 정밀도를 높입니다. 이후 열처리가이루어져 부품의 강도와 내구성을 향상시킵니다.이제 조립 부품들이 모이는 조립 단계입니다.부품들을 조립하여 엔진의 핵심 부분을 형성하고,동시에 시험 및 조정이 이루어집니다.이 시점에서 엔진의 성능, 연료 효율성, 배출가스등이 철저히 테스트됩니다.동적 시험을 통해 엔지의 성능을 확인하고,부품과 조립된 엔진 전체에 대한 엄격한 품질 검사가이루어집니다. 여기서 높은 품질과 안전이 보장되어야만엔진이 최종적으로 출하될 수 있습니다.이렇게 생산된 엔진은 자동차 생산공장으로 출고되어 차량 차체에 공정에 맞춰 조립되게 됩니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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자동차 산업 에서도 AI기술이 많이 접목 되나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자동차 산업에서의 AI 기술이라면결국은 자율주행 자동차를 향하게 됩니다.요즘은 연료에 따른 자동차 구분 외에ADAS, 즉 Advanced Driver Assistance Systems(고성능 운전 보조 시스템)이 차량 선택에 있어서 중요한 고려 사항으로 부각됩니다.특히 자율주행은 ADAS 마지막 지향점이라 하겠습니다.자율주행 핵심기술을 나열하면1, 시각정보습득2, 위치정보 파악3, 주행환경 및 정보 통신으로 크게 나눨 수 있는데 각각 본다면1, 시각정보 습득 라이다 와 테슬라 비전으로 나눌 수 있습니다.라이다 라이다는 자율주행을 가능케 하는 핵심 센서입니다. 라이다는 특정 기기에서 발사한 빛이 다른 물체에 부딪혀 돌아오는 현상을 이용하는데요. 아래 그림과 같이 라이다 기기 주변에 있는 물체에 닿은 빛이 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 떨어진 거리를 측정하게 됩니다.테슬라비전Tesla Vision은 기본적으로 카메라 기반의 시스템입니다. 테슬라 차량에 여러 카메라를 달아 모든 방향의 시각 정보를 수집하고 이를 딥러닝 기술로 학습된 모델로 인식합니다. 차량 앞에 어떤 장애물이 있는지, 현재 도로의 상황은 어떤지, 사람이 눈으로 보듯 Tesla Vision이 예측 인지하게 됩니다.2, 위치정보 파악 동시적 위치 추정과 지도 생성이라 불리는 SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)입니다. 미지의 환경에서 특정 객체가 센서를 활용해 자신의 위치 정보를 파악하면서 동시에 지도를 그려나가는 방법을 뜻합니다. 근래의 자율주행 분야에서는 Visual SLAM, Graph-based SLAM과 함께 LiDAR 센서를 활용한 LIDAR-based SLAM, 차량에 부착된 여러 센서의 데이터를 복합적으로 사용하는 Multi-Sensor Fusion SLAM 등이 쓰이기도 합니다.3, 주행환경 및 정보 통신 V2X(Vehicle-to-Everything)입니다. V2X는 자율주행차가 주변 기기 혹은 인프라와 데이터를 주고받는 통신 기술 일체를 뜻합니다. V2D ; 주변 기기와 통신하는 블루투스나 와이파이 V2I ; 주변 인프라와 통신으로 데이터 수집 V2G ; 배터리 전력 활용 기술 V2P ; 보행자와 통신하는 기술자율주행을 가능하게 해주는 3가지 핵심 기술을 살펴봤습니다.자율주행은 주행의 효율성뿐 아니라 안정성도 중요하므로 자율주행 자체의 하드웨어와 소프트웨어 그리고 주변 인프라 및 보행자와의 통신도 필수적인 고려 대상이므로관련 모든 장비, 부품 등이 인공지능 자동차 산업 관련 이라 할 수 있겠습니다
학문 / 기계공학
24.10.11
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로봇공학과 기계공학은 어떤 연관성이 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.로봇공학은 기계공학, 전기공학, 컴퓨터공학 등 다양한 학문 분야의 원리와 기술을 활용하여 로봇을 디자인, 제작, 운용하는 학문 분야입니다. 로봇공학은 기계적, 전기적, 소프트웨어적인 측면에서의 통합이 필요하며, 그 결과로 다양한 산업 분야에서 혁신적인 해결책을 제시하고 있습니다.따라서 기본적인 골격 및 운동기능역학 재료역학 부분에 있어서4대역학의 지식을 근간으로 하는 기계공학 적 지식이 없이는로봇공학은 존재할 수가 없는 것이지요기본적인 기계적 구성에 더불어구동 프로그램 및 서보모터와의 연결성 등이 조화되어야 하기에단순 기계공학 만이 아닌 전자공학, 전기공학 적 지식도 접목이 되어야만 가능한 부분입니다. 초기 로봇 기술은 기계적 솔루션에서 전자 및 전기 제어 시스템으로 진화하면서, 컴퓨터 기반 제어 시스템의 도입으로 다양한 작업을 수행할 수 있게 되었습니다. 로봇의 활용 분야는 산업에서 의료, 서비스, 군사, 우주 분야로 확장되었으며, 의료 로봇과 서비스 로봇 등이 다양한 일상적 작업에서 활약하고 있습니다. 이로써 로봇공학은 기술 발전과 함께 인간의 생활에 더욱 통합되고 다양한 분야에서의 혁신을 이끌어내고 있습니다.로봇 기술의 혁신은 센서 기술과 인공지능의 진보에 주로 기인합니다. 센서 기술은 초소형 카메라, 레이더, 리다 등을 통해 로봇의 감각을 향상시켜 정밀한 환경 인식을 가능케 했습니다.이런 기계적인 분야의 부품들 발전과 로봇공학의 발전은 병행된다 하겠습니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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전자제어 서스펜션이라는게 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.급차선 변경이나 코너링시 기울어짐이 적게 느껴지기는 하지만기계적인 서스펜션 셋팅으로 잡은게 아니라전자제어를 통해 인위적으로 운전자가 느끼지 못하게 끔 만들어 주는서스펜션 제어 시스템 입니다.일반적인 기계적 서스펜션은부드러우면속도를 급하게 높이거나 급하게 제동시 차량의 자세가 심하게 뒤틀리는 단점이 있습니다.또한 너무 뻑뻑하면 자세변화는 작지만노면 진동흡수가 원활하지 못하여 주행안전성이 떨어집니다.전자제어 서스펜션은 이 두 경우의 장점은 살리고, 단점은 최소화 한 시스템으로노면의 요철이 심할 경우 차 서스펜션을 높여 차체 진동흡수에 중점을 둬 차체를 보호하고고속도로나 전용도로 같이 고속주행이 원활한 도로에서는차체 높이를 낮게하여 공기역학적으로 저항을 줄려 주행 안정성을 높여주는 시스템 입니다.방지턱 같이 운전자에게 충격을 줄 수 있는 도로 상황이 올 때차량에 설치된 전방 카메라가 노면 인식을 진행하고네비게이션 지도 정보까지 실시간으로 분석해서 서스펜션을 빠르게 제어해 주는데요.이 때 두가지 정보가 일치하지 않을 시네비정보는 무시하고 카메라로 인식한 정보만 활용하여일반적인 전자제어서스펜션 기능을 사용합니다.이는 편평비가 높은 두꺼운 타이어로 인해 충격흡수에 유리한 18인치 이하 차량에서는 거의 무용지물이란 소리도 있습니다.편평비가 나즌 19인치 이상은 추천되는 옵션입니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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우리가 미래 산업에서 사용하는 로봇의 팔 다리는 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.로봇팔의 재료는딱히 정해져 있는 것은 아닙니다.기능을 수행하기 위해 견뎌야 하는 하중만 커버할 수 있는 재료 면 가능합니다.강철이든 알루미늄이든 PVC 파이프이든, 플라스틱 이든 무관합니다.1, 1차적으로 재료 수집 단계에서로봇팔 작동관련 프로그램 ( 아두이노 및 /Raspberry Pi ) 구하기서브모터 ( 3개이상 권장)서브모터 드라이버파이프 ( 알루미늄이나 PVC)나사, 볼트/너트배터리를 마련합니다.2, 로봇팔 프레임 구성파이프 사용하여 기본프레임구성조인트로 파이프 연결3, 서보모터 부착각 전략적 지점에 서보모터 부착, 특정 조인트 제어서보모터를 드라이버에 연결4, 제어시스템 설치아두이노 또는 / Raspberry Pi 에 서보모터 드라이버 연결제어 소프트웨어를 마이크롵컨트롤러에 프로그래밍5, 조정 및 테스트서보모터 동작 테스트로봇팔 동작범위와 정확도 테스트6, 마무리프레임 페인팅 및 기능 추가부속 추가등의 과정을 일반적으로 따릅니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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모터의 효율성을 높이기 위해서는 어떤거를 가장 고려 해야하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.전기 모터의 효율을 향상시키기 위해서는 전기 모터의 손실을 줄이는 것이 핵심이며, 전기 모터의 손실은 기계적 손실과 전자기적 손실로 나뉩니다.예를 들어, AC 비동기 전기 모터의 경우 고정자와 회전자 권선을 통과하는 전류는 구리 손실과 도체 손실을 생성합니다.철의 자기장은 맴돌이 전류를 발생시켜 히스테리시스 손실을 가져옵니다.브레스 자기장 높은 고조파는 부하, 베어링 및 팬 회전에서 표유 손실을 생성하며 프로세스에서 마모 손실이 발생합니다.로터 손실을 줄이기 위해 로터 권선의 저항을 줄일 수 있습니다.와이어의 더 두껍고 낮은 저항률을 사용하거나 로터의 슬롯 단면적을 늘리면 재료는 물론 매우 중요합니다. 구리 로터를 생산하는 조건이 있으며 손실은 약 15% 감소합니다.동일한 고정자는 동일한 구리 손실을 가지며 고정자 슬롯 서브를 증가시킬 수 있고 고정자 슬롯의 전체 슬롯 속도를 증가시킬 수 있으며 고정자 권선 끝 길이를 단축할 수도 있습니다.영구 자석을 사용하여 고정자 권선을 교체하면 물론 전류가 흐르지 않아 효율이 분명히 향상될 수 있습니다.이것이 동기식 모터가 비동기식 모터보다 더 효율적인 근본적인 이유이기도 합니다.모터의 철 손실, 양질의 실리콘 강판을 사용하거나 히스테리시스 손실을 줄이거나 코어 길이를 늘리고 자속 밀도를 줄일 수 있으며 열처리 공정 외에도 절연 코팅을 증가시킬 수 있습니다. 전기 모터의 환기 성능이 더 중요하고 온도가 높으며 물론 손실이 매우 클 것입니다. 해당 냉각 구조 또는 추가 냉각 방법을 사용하여 마찰 손실을 줄일 수 있습니다.권선과 코어에서 표유 손실을 발생시키는 고조파는 고정자 권선을 개선하여 고조파 발생을 줄일 수 있으며, 회전자 슬롯 표면의 절연 처리와 자기 슬롯 머드의 사용을 통해 자기 슬롯 효과도 줄일 수 있습니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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유체와 고체의 차이첨은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.유체는아무리 작은 전단응력을 받아도 연속적으로 변형되는 물질로전단응력이 발생하는 한 유체의 운동은 지속되며정지상태에서 전단응력을 버텨낼 수 없는 물질입니다.즉 밀면 밀리고 때리면 흩뿌려지는 유연한 성질을 가집니다.고체는전단응력을 가하면, 탄성이 있다면 탄성 한계 만큼 일부 변형이 될것이고탄성이 없는 딱딱한 물질이라면 변형이 없어 보이게 됩니다.즉유체는 밀면 미는 대로 밀리겠으나입자 간 땡기는 힘때문에 함께 딸려가면서 변형이 생기고고체면과 닿은 유체입자는 한번 가해진 전단응력이라는 충격에 있어서시간흐름에 따라 점차적으로 변하는 위치그래프를 형성하게 됩니다
학문 / 기계공학
24.10.11
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기계공학에 직무를 접하면 CAD 소프트웨어도 있던데 CAD 소프트웨어의 역할은 뭔가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계CAD 소프트웨어는 사용자가 다양한 기능을 통해 설계 작업을 수행할 수 있도록 지원합니다. 예를 들어, 자동화된 치수 기입, 부품 라이브러리 활용, 그리고 도면 작성 기능 등이 있습니다. 이 외에도, 시뮬레이션 및 해석 도구를 통해 설계한 제품의 구조적 안정성이나 동작성 등을 분석할 수 있습니다. 이러한 기능들은 설계자가 더욱 창의적이고 효율적으로 작업할 수 있는 환경을 조성합니다.결론적으로, 기계CAD는 현대의 기계 설계 및 제작에 있어 중요한 도구이며, 그 기본 개념을 이해하는 것은 엔지니어 및 디자이너에게 매우 중요합니다. 기계CAD를 효과적으로 활용하면 품질 높은 제품을 보다 빠르게 개발할 수 있는 기회를 제공합니다.기계CAD는 설계 과정을 효율적으로 관리할 수 있도록 도와줍니다. 전통적인 수작업 설계 방식에 비해 기계CAD를 사용하면 설계 변경 사항을 신속하게 반영할 수 있으며, 오류를 줄이고, 반복적인 작업을 최소화할 수 있습니다. 또한, 3D 모델링 기능을 활용하면 설계된 부품의 실제 모양과 기능을 미리 시뮬레이션할 수 있어, 설계 단계에서의 문제를 조기에 발견하고 수정할 수 있습니다. 이러한 과정은 제품의 품질을 높이고, 시장 출시 시간을 단축시키는 데 중요한 역할을 합니다.
학문 / 기계공학
24.10.11
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