앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   최근 전기자동차의 수요가 증가함에 따라 전기자동차의 성능을 보다 향상시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 모터 분야에서 헤어핀(hairpin) 코일의 적용으로 성능이 향상됨을 확인하였으며, 이미 여러 양산형 모델에도 적용되어 실사용 중에 있다. 그러나 헤어핀 코일은 복잡한 제조 공정 및 제작 기술이 필요하다는 단점이 있다. 이렇게 기존 생산 공정에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하고 추가적인 성능 향상을 도출하기 위해 금속 3D 프린팅 기술을 적용하여 모터 코일을 제조하는 방법이 연구되고 있다.  이번 호에서는 앤시스에서 제공되는 맥스웰(Maxwell)과 앤시스 애디티브(Ansys Additive)를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM(Design for Additive Manufacturing) 및 적층공정 해석을 수행하며 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.    ■ 김선명 원에이엠 DfAM팀의 연구원으로, 적층제조 특화 설계를 담당하고 있다. 이메일 | smkim@oneam.co.kr 홈페이지 | www.oneam.co.kr   전기자동차용 헤어핀 모터 코일 헤어핀 코일이란 <그림 1>과 같이 헤어핀의 형상처럼 직사각형 단면의 도선을 구부려서 제작되는 모터 코일이다. 기존의 원형 도선의 권선 형태로부터 성능 개선을 위해 개발되었으며, 성능 향상이 입증되어 이미 상용 전기차량에 적용되어 실사용 중에 있다. 이러한 직사각형 단면의 헤어핀 코일을 사용하는 이유는 기존 원형 코일 대비 높은 점적률(fill-factor)을 갖기 때문이다. 점적률이란 <식 1>과 같이 모터고정자의 슬롯 면적 대비 구리 도선이 차지하는 면적의 비로 계산이 된다. 점적률이 높아지면 <그림 2>와 같이 도선 간 빈 공간 영역이 작아진다. 따라서 상대적으로 권선 저항이 낮아지게 되고 도선간 접촉 면적이 증가함에 따라 열전달 계수가 높아져, 방열 효과도 증가하는 효과가 있다. 이러한 헤어핀 코일의 적용으로 원형도선 대비 모터의 성능을 향상시킬 수 있다.   식 1   그림 1. 헤어핀 코일   그림 2. 원형 도선과 헤어핀 코일의 비교(출처 : MG Motor article : Why 1% efficiency improvement means so much, Hairpin Technology : Hubiz)   헤어핀 코일은 <그림 3>과 같은 공정을 통해 조립된다. 제일 먼저, 원재료인 사각형 단면의 코일을 헤어핀 형태로 성형한 후 모터 고정자의 슬롯에 조립한다. 그 다음 같은 상끼리 연결될 수 있도록 트위스팅(twisting) 공정을 거친 후, 서로 접촉하는 도선끼리 용접하는 과정을 거쳐 완성된다. 추가로 도선에 용접될 부분의 절연재를 제거하는 등의 공정이 필요하다. 이처럼 헤어핀 코일 모터는 복잡한 제작 절차와 제작 공정이 필요하며, 특히 고난도의 용접 기술이 요구된다. 무엇보다 제조 공정 중 제품에 문제가 발생한다면 문제가 되는 부분만 처리가 불가능하기 때문에, 제작 공정이 처음부터 수행되어야 한다.   그림 3. 헤어핀 코일의 조립 공정(출처 : Maximising E-Machine Efficiency with Hairpin Windings, by Shaoshen Xue-Motor Design Limited)   이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 금속 3D 프린터를 사용한 모터 코일의 금속 적층제조에 대한 연구가 진행되고 있다. 금속 적층제조는 다음과 같은 장점이 있다. 제작 공정 간소화 : 헤어핀 코일의 3D 프린팅 공정 적용 시 3D 프린팅 장비만 있다면 기존의 복잡한 제작 공정이 필요 없으므로, 제작 공정을 보다 간소화시킬 수 있다. 일체화 : 개별 파트로 나누어진 헤어핀 코일을 일체화하여 하나의 부품으로 제작이 가능하기 때문에, 용접을 최소화한 공정이 가능하여 제작 중 파트 불량률을 최소화할 수 있다.  설계 자유도 향상 : 헤어핀 코일 형상의 제약이 없으므로 형상 구현의 자유도가 높기 때문에, 성능 향상을 위한 설계가 용이하다.  금속 적층제조를 고려한 헤어핀 코일의 설계를 위해서 시뮬레이션을 기반으로 전자기 성능 분석, 열 특성 분석, 적층 공정 해석의 전체 설계 및 제작 프로세스를 진행한다. 이 글에서는 앤시스 맥스웰과 앤시스 애디티브를 활용한 시뮬레이션을 기반으로 헤어핀 코일의 DfAM 및 적층공정 해석을 수행하며, 전체 제작 프로세스를 제시하고자 한다.     ■ 자세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

  17　THEME. 플랜트·조선 산업 혁신을 위한 디지털화 전략   Part 1. 디지털 기술로 플랜트·조선 산업을 혁신하다 데이터 기반의 업무 혁신, 건설산업의 새로운 시작 클라우드 서비스를 통한 대내외 보안 환경 조성 경쟁력 있는 플랜트를 위한 설비 관리 전략 스마트 디지털 리얼리티와 스마트 야드형 공사 정보 디지털 백본 구축 해양의 미래 : 자율운항 선박의 혁신과 시뮬레이션의 중요성 디지털 전환 여정을 위한 3D CAD 기반 디지털 트윈 구축의 4단계   Part 2. 디지털 트윈의 구축과 활용을 위한 기술 디지털 트윈 가속화를 위한 3D 엔지니어링 데이터 경량 시각화 솔루션 3D 스캔 데이터를 효과적으로 분석하고 활용하는 방법 플랜트 BIM 배관 공사의 필수 아이템 Ez-ISO Strand7 R3 : 범용 유한요소 해석 프로그램   Infoworld   Column 55　책에서 얻은 것 No. 19 / 류용효　커넥팅 80　디지털 지식전문가 조형식의 지식마당 / 조형식　제조업 디지털 전환과 디지털 엔지니어링, 디지털 PLM   Case Study 58　해외 소장 문화재의 ‘디지털 귀향’ 프로젝트　언리얼 엔진과 에픽 에코시스템으로 이뤄낸 문화유산 디지털 경험 62　최신 렌더링 기능의 사용 돕는 URP 3D 샘플　고품질 그래픽스의 효율적인 제작 및 스케일링 방법 제시   Focus 64　지멘스 DISW, “솔리드 엣지로 지능형 제품 설계를 실현한다” 66　모두솔루션, 지스타캐드 시장 확대 및 파트너십 강화 전략 소개 68　슈나이더 일렉트릭, 데이터 플랫폼으로 EV 배터리 시장 공략 70　한국산업지능화협회, “산업 디지털 전환을 주도하기 위해 다방면의 활동 강화” 72　레노버, “클라우드부터 에지까지 폭넓은 AI 포트폴리오 제공” 74　생성형 AI와 협업 툴의 만남, ‘플로우 3.0’ AI Now   New Products 76　이달의 신제품   On Air 78　캐드앤그래픽스 CNG TV 지식방송 지상중계　SIMTOS 2024와 디지털 제조 혁신 트렌드   82　New Books 84　News   Directory 131　국내 주요 CAD/CAM/CAE/PDM 소프트웨어 공급업체 디렉토리   CADPIA   AEC 87　BIM 칼럼니스트 강태욱의 이슈 & 토크 / 강태욱　로컬 호스트 LLM 오픈소스 기반 BIM 전문가 챗봇 서비스 만들어보기 94　데스크톱/모바일/클라우드를 지원하는 아레스 캐드 2024 (12) / 천벼리　아레스 커맨더의 사용자 인터페이스 108　새로워진 캐디안 2024 살펴보기 (4) / 최영석　구성선 및 자유선 기능 128　복잡한 모델에서 인사이트를 얻고 설계 의사결정을 돕는 직스캐드 (1) / 이소연　직스캐드 2024의 최신 기능 업데이트   Reverse Engineering 100　문화유산 분야의 이미지 데이터베이스와 활용 사례 (4) / 유우식　한지 데이터베이스   Mechanical 111　제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 10.0 (11) / 김주현　매스캐드 프라임 9.0 사용하기 Ⅰ   Analysis 97　시뮤텐스 소프트웨어를 활용한 복합소재 해석 (1) / 씨투이에스코리아　복합소재 공정 전반의 가상 프로세스 체인 118　앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례 / 김선명　전기자동차용 헤어핀 모터 코일의 DfAM 및 금속 적층제조 프로세스 124　성공적인 유동 해석을 위한 케이던스의 CFD 기술 (8) / 나인플러스IT　CFD 시스템 설계 및 분석 가속화를 위한 밀레니엄 M1     캐드앤그래픽스 2024년 4월호 목차 from 캐드앤그래픽스  

제품 개발 혁신을 가속화하는 크레오 파라메트릭 10.0 (10)   이번 호에서는 최신 앤시스(Ansys) 기술이 적용된 크레오 파라메트릭 10.0(Creo Parametric 10.0)의 시뮬레이션 기반 설계에 대하여 알아보자.   ■ 김성철 디지테크 기술지원팀의 이사로 Creo 전 제품의 기술지원 및 교육을 담당하고 있다. 이메일 | sckim@digiteki.com 홈페이지 | www.digiteki.com   크레오 파라메트릭 10.0은 설계 엔지니어가 좀 더 편리하게 활용할 수 있는 PTC와 앤시스의 최신 표준 시뮬레이션 기능이 포함되어 있다. 설계자는 시뮬레이션에 대한 전문가 수준의 지식이 없어도 친숙한 크레오 사용자 환경에서 실시간 시뮬레이션(CSL) 기능을 사용하여 제품 설계 초기에 시뮬레이션 기반 설계로 다양한 설계안을 빠르게 검토할 수 있다. 이후에는 세부 설계에서 앤시스 시뮬레이션(CAS)으로 좀 더 정확도 높은 시뮬레이션을 수행하여 설계의 문제 영역을 빠르게 분석하고 파악할 수 있다.   크레오 시뮬레이션 기능으로 제품 개발 초기에 시뮬레이션 기반 설계 크레오 파라메트릭 10.0에서 전기 모터 모델을 예로 초기 개념 설계 단계에서 실시간 시뮬레이션을 수행하여 다양한 설계를 빠르게 분석하고 최적의 설계안을 검토해 보자.     전기 모터의 하우징 모델에서 방열 조건을 개선하기 위해 몇 가지 유형의 아이디어가 모델에 적용되었다. 어떤 유형의 코일 설계가 가장 최적인지 실시간 시뮬레이션을 이용하여 빠르게 분석해 보자.   크레오 시뮬레이션 라이브(CSL)로 유체 시뮬레이션 검토 분석 모델을 열고 메뉴의 ‘라이브 시뮬레이션(Live Simulation)’에서 ‘유체 시뮬레이션 검토(Fluid Simulation Study)’를 선택한다.     유체 시뮬레이션을 위해 ‘유체 도메인(Fluid Domain)’에서 다양한 방법으로 내부/외부 유체 도메인을 빠르게 생성하거나 추출할 수 있다. ‘내부 볼륨(Internal Volume)’을 선택하여 하우징 내부의 코일 삽입 공간을 빠르게 추출한다.     유로의 입구와 배출구의 경계 서피스를 선택하면 닫힌 볼륨 영역을 자동 인식하여 빠르게 내부 볼륨을 추출하고 유체 도메인을 생성할 수 있다.     시뮬레이션 트리에서 생성된 유체 도메인을 확인하고 ‘재료 편집(Edit Materials)’에서 재료를 ‘WATER’로 지정한다.     ‘경계 조건(Boundary Conditions)’에서 ‘배출구 압력(Outlet Pressure)’을 선택하고, 추출된 유체 도메인에서 서피스를 지정한 후 배출구 압력 강도와 단위를 지정해 준다.     ■ 상세한 기사 내용은 PDF로 제공됩니다.

젠하이저가 오디오 프로듀싱, 믹싱, 마스터링 등 음악 작업을 전문적으로 진행하는 엔지니어 및 크리에이터 등을 위해 최신 음향 트렌드를 반영한 레퍼런스 스튜디오 헤드폰 ‘HD 490 PRO’를 출시한다고 밝혔다. 오픈형 프레임으로 제작된 HD 490 PRO는 고조파로 인한 파형의 왜곡 정도를 나타내는 총 고조파 왜곡률(Total Harmonics Distortion : THD)이 낮고 공진을 최소화해 스튜디오 모니터링을 위한 사실적인 사운드를 제공한다. 특히, 드라이버 내부에 특수 제작된 실린더를 탑재하여 오픈형 헤드폰에서 발행할 수 있는 저음의 손실을 최소화하고 음압을 효율적으로 제어해 선명한 베이스를 재생한다.     HD 490 PRO는 전문적인 수준의 입체 음향 제작을 위해 넓은 사운드 스테이지에서 명확한 주파수 응답을 제공하는 것이 특징이다. HD 490 PRO의 드라이버 시스템은 네오디뮴 자석을 탑재해 강력한 자성으로 오디오 신호를 빠르게 출력하며 원음에 충실한 역동적인 사운드를 재생한다. 또 이어컵 내부에는 기울어진 형태로 특수하게 설계된 트랜스듀서를 배치하여 스튜디오에 설치된 모니터 스피커의 청취 환경을 그대로 구현한다. HD 490 PRO는 수작업으로 제작되어 품질과 내구성이 우수하다. 또 젠하이저의 특허 받은 케이블 코일을 적용해 책상에 부딪히거나 옷에 닿아도 소음이 전달되지 않고, 좌우 탈착이 가능하여 작업의 자유도를 높여준다. HD 490 PRO는 지속가능성을 위해 국제산림관리협의회(FSC)의 인증을 받은 패키징으로 제작되며, 구성품인 벨벳 및 천 소재의 이어패드는 세척이 가능해 위생적으로 관리할 수 있다. 젠하이저의 제품 담당자는 “오늘날의 음악은 향상된 컴퓨팅 성능과 복잡한 매개 변수를 기반으로 발전해 10년, 20년 전의 장비로 개별 악기의 소리나 음성을 또렷하게 듣는 것에는 한계가 있을 수 있다”면서, "HD 490 PRO는 최신 음향 제작 트렌드를 반영하여 개별 믹스의 복잡성을 잘 처리하도록 개발되었으며, 고품질의 음원 제작에 필요한 중립성과 명확성을 제공할 것”이라고 말했다. 신제품은 'HD 490 PRO'와 'HD 490 PRO 플러스’로 출시되며, HD 490 PRO 플러스는 3m 케이블과 헤드폰 케이스, 여분의 헤드밴드 패드가 추가로 구성되어 있다. 제품의 가격은 HD 490 PRO가 64만 5000원, HD 490 PRO 플러스는 76만 5000원이다.

주요 CAE 소프트웨어 소개   전기전자 해석, Ansys Electromagnetics 제품군   ■ 개발 : Ansys, www.ansys.com ■ 자료 제공 : 앤시스코리아, www.ansys.com/ko-kr 앤시스 일렉트로마그네틱스(Ansys Electromagnetics)  솔루션 제품군을 활용함으로써 테스트 비용을 최소화하고, 규정 준수를 보장하며, 신뢰성을 개선하고, 제품 개발 시간을 대폭 단축할 수 있다.   Ansys 시뮬레이션 솔루션을 통해 제품 설계의 가장 중요한 측면을 해결할 수 있다. 안테나, RF, 마이크로파, PCB, 패키지, IC 설계 또는 전자 기계에 대한 업계 최고의 시뮬레이터를 제공한다. 제품의 설계 시 전자기, 온도, SI, PI, 기생, 케이블 및 진동 문제 해결에 도움을 준다.   1. 전자기장 해석 솔루션 제품 (1) 주력 제품 ■ Ansys Electronics : 전자기, 회로 및 시스템 시뮬레이션 통합 플랫폼 ■ Ansys HFSS : RF 및 무선 설계를 위한 3D 전자기장 해석 툴 ■ Ansys Maxwell : 전동기, 액츄에이터, 센서, 변압기 등 전자기 장치 해석 툴 ■ Ansys SIwave : 전력·신호 무결성, EMI 해석 설계 플랫폼 ■ Ansys Icepak : 전자장비 냉각 해석 툴   (2) 주요 제품 ■ Ansys Motor-CAD : 전동기 설계 해석 툴 ■ Ansys EMA3D Cable : 케이블 모델링 전용 툴 ■ Ansys Q3D Extractor : 전자 부품용 기생 파라미터 추출 소프트웨어   2. Ansys HFSS Ansys HFSS는 DC 근처에서 테라헤르츠에 이르기까지 모든 주파수에 대응하는 3차원 전자계 시뮬레이터이다. 업계 표준인 유한요소법 솔버를 비롯한 모든 솔버를 구현하여, 여러가지 전자기장 문제를 해결할 수 있다. Ansys HFSS는 GUI, Adaptive Auto Mesh, 대규모 문제에 사용 가능한 솔버로서 고급 해석 환경을 제공한다. (1) 적용 분야 ■ 안테나 해석 ■ RF/마이크로파/밀리미터파 해석 ■ 신호/전원 무결성 해석 ■ EMC/EMI 해석   3. Ansys SIwave Ansys SIwave는 PCB 및 BGA 패키지의 신호 및 전원 무결성, EMI 해석 소프트웨어이다. 전자계 CAD에서 가져온 디자인의 PDN 및 멀티비트 신호 해석을 적층 구조에 특화된 해석 방법으로 단시간 내에 처리할 수 있다. 또, 3D 전자계 해석 소프트웨어에서 사용 가능한 3D 솔리드 모델을 생성하는 기능도 갖추고 있다. (1) 적용 분야 ■ 프린트 배선판 : Rigid, Build up ■ BGA 패키지 : 와이어 본드, Chip, SiP, PoP   4. Ansys Maxwell Ansys Maxwell 2D/Maxwell 3D는 모터 및 액추에이터, 인덕터, 트랜스, 자기 센서를 비롯한 각종 전자 기계 제품 개발을 위한 전자계 해석 툴이다. 해석 대상의 전자기장 움직임을 시각적으로 판단할 수 있고, 발생하는 전자기력, 토크 및 인덕턴스, 커패시턴스와 같은 설계 파라미터의 자동 계산 기능이 있어, 실험 결과의 수치 평가도 손쉽게 조작할 수 있다. Ansys Maxwell에는 세련되고 사용하기 쉬운 GUI를 비롯해 안정된 정밀 해석이 가능한 고성능 Adaptive Auto Mesh와 Solver가 내장되어 있어, 초보자도 유한요소 해석 전문가처럼 간단한 조작만으로 정밀한 해석 결과를 얻을 수 있다. (1) 적용 분야 ■ 전자 기계 : 모터(회전형 모터, 리니어 모터), 발전기, 액추에이터, 릴레이 스위치 등 ■ 코일 : 인덕터, 트랜스, 리액터, 솔레노이드, 유도 가열기, 무선 급전, RFID, 스마트키 엔트리 등 ■ 센서 : 자기 센서, 리졸버, 자기 실드, 자기 헤드, 정전 터치 패널 등 ■ 자석 : 착자, 감자 등 ■ 기타 : 콘덴서, 케이블, 절연애자 등   5. Ansys Simplorer Ansys Simplorer는 대규모 파워 일렉트로닉스 시스템에 특화된 다중 도메인 시스템 시뮬레이터이다. 모터 및 액추에이터의 설계, 드라이버 회로 설계, 아날로그/디지털 제어 설계 등을 통합한 멀티 테크놀로지 솔루션을 제공한다. 6. Ansys Icepak Ansys Icepak은 전자 기기 설계 기술자용 열 유체 해석 기능을 제공한다. 하나의 GUI에서 모델링, 계산, 결과 확인을 모두 할 수 있다. Ansys 유한체적법 기반 유체 해석 엔진인 Ansys Fluent를 유체 해석 솔버로 내장하여 계산 안정성이 높다. (1) 적용 분야 ■ 반도체 패키지, 프린트 기판, 케이스, 파워 일렉트로닉스 기기, 서버실 등 다양한 해석 대상에 대해 전도, 대류, 복사를 포함한 열해석 가능     좀더 자세한 내용은 'CAE가이드 V1'에서 확인할 수 있습니다. 상세 기사 보러 가기 

섀시 프레임 어셈블리 Ⅲ   이번 호에서는 스마트 모빌리티 차량의 서스펜션 부품을 조립하는 ‘프레임-프런트/리어 서스펜션 어셈블리’ 모델링 방법론에 대해 살펴보고자 한다. 프런트/리어 서스펜션 프레임의 주요 부품은 사각 프레임과 코일스프링을 고정하는 브래킷 그리고 중간부를 연결하는 링크 바 등으로 구성되어 있고, 각 부품의 모델링 방법론에 대해 설명하고자 한다.  예제 파일은 캐드앤그래픽스 홈페이지(www.cadgraphics.co.kr)의 자료창고에서 받을 수 있으며, 모델링 강좌 동영상을 참고하기 바란다. 예제 따라하기는 카티아 V5 R20 이상 버전을 추천한다.   ■ 김인규 | 브이엔에스에서 엔지니어링 컨설팅업무를 담당하고 있으며, 대학교 및 기관에서 설계 강의를 하고 있다. ‘CATIA 스마트 모빌리티 섀시 설계하기’의 저자이다. 이메일 | e_vns@naver.com 카페 | https://cafe.naver.com/evns    FRAME-FR/RR SUSPENSION ASSY 설계 프로세스 및 모델링 방법론 소개 CHASSIS FRAME은 크게 FRAME-CTR ASSY를 기준으로 FRAME-FR ASSY와 FRAME-RR ASSY를 볼트로 체결하여 플랫폼을 구성한다. 멀티링크 구조인 서스펜션 부품을 조립하기 위해 FRAME-FR& RR ASSY 구조물을 별도로 모델링하여 조립한다. 주요 구성부품 및 조립방법은 <그림 1>과 같다.   그림 1   FRAME-FR SUSPENSION ASSY 설계 프로세스 및 모델링 방법론 소개 FRAME-FR SUSPENSION ASSY는 서스펜션 부품의 멀티링크 구조를 조립하기 위해 FR SUSPENSION ASSY-LH/RH 대칭 부품과 중간부를 연결해주는 LINK BAR-FRAME SUSP FR를 볼트로 조립한다. 사용하는 주요 부재는 다음과 같다. ■ 사각 파이프(40×40×2.0) : FRAME SUSP FR/LINK BAR-FRAME SUSP FR ■ 철판 6T : FRAME FR-REF. MEMBER .01 : MOUNT BRKT SUSP. 등  

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   이번 호에서는 앤시스 맥스웰(Ansys Maxwell) 제품 내에 포함되어 있는 앤시스 피익스퍼트(Ansys PExprt)를 소개하고, 피익스퍼트를 이용하여 전력전자 시스템에 사용되는 변압기를 설계 및 해석하는 방법을 소개한다. ■ 김상현 | 태성에스엔이 EBU-LF팀 매니저로 근무하고 있으며, 전자계 해석 기술 지원 및 교육, 프로젝트 진행업무를 담당하고 있다. 이메일 | shkim20@tsne.co.kr   변압기는 전자기 유도 현상을 이용하여 전압을 높이거나 낮추는 장치로 용도와 주파수, 전류, 부피 등에 따라 설계 방법과 종류가 다양하다. 하나의 전력전자 시스템에는 다수의 변압기가 사용되며, 이러한 변압기를 설계하려면 다양한 변수를 고려해야 해서 많은 시간과 노력이 필요하다. 수식적인 방법으로 설계되는 변압기는 자성 재료의 특성, 전압 파형, 주파수 등을 고려해야 하며, 여러 번의 시행착오를 거쳐 원하는 특성이 나올 때까지 제작하게 된다. 또한, 수식적인 방법으로는 표피효과(skin effect)와 코일 간의 커패시터(parasitic capacitor)를 고려하여 설계되지는 않는다. 그 외에도 변압기에 사용되는 코어(core)와 와이어(wire)의 종류는 다양하다. 철심의 경우 제조사마다 규격화된 형상과 크기를 사용하며, 사용되는 재질 또한 다양하다. 와이어의 경우 전류의 크기에 따라 도체의 면적이 다르며 코어 형상과 용도에 따라 종류도 다양하다. <그림 1>은 TDK에서 제공하는 페라이트(ferrite) 코어 변압기를 나타내었다. 이렇게 다양한 변수를 고려하여 설계하기 위해서는 최적화 프로그램이 필요하다.   그림 1. TDK의 페라이트 코어 변압기   이번 호에서는 이처럼 설계 및 제작에 어려움이 따르는 변압기를 설계하기 위해 앤시스 맥스웰 제품 내에 포함되어 있는 피익스퍼트를 이용하여 변압기를 설계하였다.   1. 피익스퍼트 소개 피익스퍼트는 맥스웰에 포함되어 있는 변압기&인덕터 설계 프로그램이다. 피익스퍼트는 변압기와 인덕터를 쉽고 빠르게 설계를 도와주며, 해석도 가능한 프로그램이다. 피익스퍼트는 각 제조사에 따른 라이브러리(library)를 제공한다. <그림 2>는 피익스퍼트에서 코어 정보를 제공하는 제조사들을 나타내었다. 제조사들은 Ferroxcube(필립스), TDK, Steward Matglas, Epcos(지멘스), Electric steel, AVX, Micrometals가 있다. 피익스퍼트 라이브러리에는 각 제조사의 제품군들이 등록되어 있어 변압기와 인덕터 설계에 사용할 수 있게 되어 있다. 코어 외에도 보빈(bobbin), 재질(material), 와이어의 정보도 라이브러리에 등록되어 있어 사양에 따라 모델을 정의할 수 있다.

앤시스 워크벤치를 활용한 해석 성공사례   이번 호에서는 앤시스 맥스웰(Ansys Maxwell) 제품 내에 포함되어 있는 앤시스 피익스퍼트(Ansys PExprt)를 소개하고, 피익스퍼트를 이용하여 전력전자 시스템에 사용되는 변압기를 설계 및 해석하는 방법을 소개한다. ■ 김상현 | 태성에스엔이 EBU-LF팀 매니저로 근무하고 있으며, 전자계 해석 기술 지원 및 교육, 프로젝트 진행업무를 담당하고 있다. 이메일 | shkim20@tsne.co.kr   변압기는 전자기 유도 현상을 이용하여 전압을 높이거나 낮추는 장치로 용도와 주파수, 전류, 부피 등에 따라 설계 방법과 종류가 다양하다. 하나의 전력전자 시스템에는 다수의 변압기가 사용되며, 이러한 변압기를 설계하려면 다양한 변수를 고려해야 해서 많은 시간과 노력이 필요하다. 수식적인 방법으로 설계되는 변압기는 자성 재료의 특성, 전압 파형, 주파수 등을 고려해야 하며, 여러 번의 시행착오를 거쳐 원하는 특성이 나올 때까지 제작하게 된다. 또한, 수식적인 방법으로는 표피효과(skin effect)와 코일 간의 커패시터(parasitic capacitor)를 고려하여 설계되지는 않는다. 그 외에도 변압기에 사용되는 코어(core)와 와이어(wire)의 종류는 다양하다. 철심의 경우 제조사마다 규격화된 형상과 크기를 사용하며, 사용되는 재질 또한 다양하다. 와이어의 경우 전류의 크기에 따라 도체의 면적이 다르며 코어 형상과 용도에 따라 종류도 다양하다. <그림 1>은 TDK에서 제공하는 페라이트(ferrite) 코어 변압기를 나타내었다. 이렇게 다양한 변수를 고려하여 설계하기 위해서는 최적화 프로그램이 필요하다.   그림 1. TDK의 페라이트 코어 변압기   이번 호에서는 이처럼 설계 및 제작에 어려움이 따르는 변압기를 설계하기 위해 앤시스 맥스웰 제품 내에 포함되어 있는 피익스퍼트를 이용하여 변압기를 설계하였다.   1. 피익스퍼트 소개 피익스퍼트는 맥스웰에 포함되어 있는 변압기&인덕터 설계 프로그램이다. 피익스퍼트는 변압기와 인덕터를 쉽고 빠르게 설계를 도와주며, 해석도 가능한 프로그램이다. 피익스퍼트는 각 제조사에 따른 라이브러리(library)를 제공한다. <그림 2>는 피익스퍼트에서 코어 정보를 제공하는 제조사들을 나타내었다. 제조사들은 Ferroxcube(필립스), TDK, Steward Matglas, Epcos(지멘스), Electric steel, AVX, Micrometals가 있다. 피익스퍼트 라이브러리에는 각 제조사의 제품군들이 등록되어 있어 변압기와 인덕터 설계에 사용할 수 있게 되어 있다. 코어 외에도 보빈(bobbin), 재질(material), 와이어의 정보도 라이브러리에 등록되어 있어 사양에 따라 모델을 정의할 수 있다.

▲ 부가티의 하이퍼 스포츠카 볼리드(출처 : 부가티)   스포츠카 제조업체 부가티가 자사의 신형 모델인 볼리드(Bolide)를 만드는데 쓰인 3D 프린팅 컴포넌트 및 기술을 소개했다. 부가티의 신기술 부서에서는 SLM(선택적 레이저 용융) 방식의 금속 3D 프린팅 기술을 활용해 속이 빈 복잡한 형상의 내장 부품을 가볍고 단단하게 만드는 연구를 진행해 왔다. 이렇게 개발된 3D 프린팅 부품은 부가티의 하이퍼 스포츠카에 점차 더 많이 쓰이고 있다. 부가티는 3D 프린팅 기술과 생체공학의 원리를 접목해 복잡한 3차원 구조의 컴포넌트를 개선하고 있다고 설명했다. 벽이 얇거나 속이 비어 있거나 미세하게 가지가 나 있는 뼈의 구조를 자동차 부품 설계에 도입했고, 최대 0.4mm의 벽 두께로 무게가 가벼우면서도 높은 강성을 가진 부품을 3D 프린팅으로 제작했다.  부가티는 변속기 유체 저장소(fluid reservoir) 옆에서 물을 이송하는 소형의 고압 펌프 콘솔을 금속 3D 프린팅으로 만들어 2016년부터 생산된 시론(Chiron) 스포츠카에 장착했다. 2018년에는 3D 프린팅으로 만든 티타늄 브레이크 캘리퍼를 선보였고, 티타늄 3D 프린팅과 코일 탄소로 만든 하이브리드 기능 어셈블리를 개발했다. 부가티는 "3D 프린팅 컴포넌트가 매우 가볍고 견고하면서 내구성이 높아서 생산 차량에 사용하기에 적합하다"고 설명했다.   ▲ 볼리드의 리어 윙 마운트 브래킷(출처 : 부가티)   작년 10월 첫 선을 보인 볼리드 스포츠카에도 여러 곳에 3D 프린팅 소재와 제조 공정이 쓰인다. 볼리드는 실험적 성격을 가진 레이싱카 형태의 자동차로, 부가티는 다양한 첨단 기술을 볼리드에 적용했다. 부가티는 세 단계의 높이로 프론트 윙을 장착할 수 있는 브래킷을 티타늄으로 3D 프린팅했다. 이 마운팅 브래킷은 내부가 비어 있고 벽 두께는 0.7mm, 무게는 600g인데 최대 800kg의 공기역학 다운포스(downforce)를 견딜 수 있게 만들어졌다.  리어 윙의 다운포스는 320km/h에서 최대 1.8톤에 이르는데, 볼리드의 리어 윙은 중앙 카본 핀을 통해 리어 프레임과 연결된다. 리어 윙과 리어 프레임을 연결하는 핀의 안쪽에는 내부에는 핀을 윙에 연결하기 위해 3D 프린팅 티타늄 부품이 있는데, 이 부품의 무게는 325g이다.    ▲ 불리드의 스티어링 칼럼 브래킷(출처 : 부가티)   볼리드에는 스티어링 칼럼의 장착을 위한 브래킷에도 3D 프린팅을 적용했다. 이 브래킷은 통합 대시 보드 지지대, 스티어링 칼럼을 관통하는 지지 깃(collar), 2개의 송풍구로 이뤄져 있는데, 모든 컴포넌트는 경량의 중공(hollow) 구조로 설계되었고, 벽의 두께는 0.5mm이다. 볼리드의 프론트 액슬(axle)과 리어 액슬은 더블 위시본(double wishbone) 방식의 휠 제어 기능을 갖고 있는데, 액슬에 들어가는 로커(rocker) 제어 브래킷을 티타늄으로 3D 프린팅했다. 3D 프린팅 브래킷의 벽 두께는 0.4mm이고 무게는 각각 95g에 불과하다. 부가티는 "모든 3D 프린팅 요소의 인장 강도는 1250N/㎟이며, 특수 열처리 공정을 사용하여 최소 19%의 높은 파괴 변형률과 함께 높은 인장 강도를 달성했다"고 소개했다.