전기자동차용 모터의 내부 형상에 따른 냉각 효과 향상에 관한 전산 열 해석 연구

Abstract

차세대 전기 자동차는 활발히 발전하고 있다. 전기 자동차의 발전에 따라 전기 자동차에 사용되는 견인 전기 모터는 고토크화, 고속화, 고에너지밀도화, 고효율화가 매우 요구된다. 전기 자동차용 고밀도 전기 모터를 사용하기 위해 서는 적절한 전자기 설계가 중요하지만 최근에 전기 모터 내부의 열 방출 능 력을 상승시키기 위한 많은 최적 냉각 설계가 진행되고 있다. 본 연구에서는 전기 자동차 사용되는 매입형 영구자석 동기 전기 모터의 구동 시 모터 내부 냉각성능을 증가하기 위한 전기 모터 모델을 개발하였다. 전기 자동차에서 절 연 재료의 노화는 전기 모터의 최대 온도 상승에 직접적인 영향을 준다. 본 연구에서는 모터 외부에 별도의 추가적인 장치 없이 로터자체의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 두 가지 방법을 제안하였다. 첫 째, 회전자 중공에 각도를 부여한 새로운 형상의 회전자 공극(Screw Holes)을 제시하여 단지 회전자가 회전함으로써 한쪽 방향으로의 기류를 생성시키도록 하였다. 둘 째, 회전자 상단의 회전자 중공 바로 옆 부분에 돌기(Protrusions)을 설치하여 회전자 중 공 내부에 한쪽 방향으로 유동 기류의 속도를 가속시켰다. 또한 전산해석 (Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 모터 내부의 온도와 작동 변수(회전 속도와 실내 온도) 사이의 관계를 연구 및 분석하였다. 본 연구의 결과는 모터 내부 형상의 설계 최적화 및 전기 자동차 성능 향상에 기여할 것 으로 기대된다.; This thesis represents analysis method of the EV (Electric Vehicle) motor cooling when the motor is driven. In electric vehicles (EVs), the accelerated aging of insulating materials is resulted from the maximum temperature rise of the electric motors. In this thesis, a thermofluidic analysis on the cooling of the driving EV motors is presented. Various motor interior shapes are designed for the EV propulsion cooling systems. For instance, the structures of rotor are modeled by drilling holes in the rotor or adding protrusions on the rotor to enhance the circulating flow in the motor, then improve the cooling performance. Besides, the optimum sizes of stator and coil are analyzed. The relationships between motor interior temperature and operating parameters such as rotation speed, and environment temperature are investigated by computational fluid dynamics (CFD). The simulation results perform that the motor models which have holes, protrusions show better performance than others. The results of this study are expected to contribute to the optimization of design of motor interior shapes and enhancement of the performance of EVs.