안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 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.
기계공학
Q. 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.
기계공학
Q. 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.
기계공학
Q. 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
기계공학
Q. 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.