유한요소법을 활용한 전자계 손실 자동 매핑을 통한 영구자석 동기 전동기의 권선온도 예측 연구

Abstract

본 논문은 75kW급 매입형 영구자석 동기 전동기의 자동 매핑을 이용한 멀티 피직스 해석을 통하여 권선 온도 예측에 관한 연구를 수행하였다. 해석 모델로 사용된 전동기의 경우 전자기 설계를 통하여 특성 값에 대한 요구사항을 만족시키는 모델을 사용하였고, ANSYS Maxwell을 통하여 전자기 설계 요구 치에 대하여 만족함을 확인한 후 손실 계산을 진행하였다. 이 손실 값을 ANSYS Mechanical을 활용하여 자동 매핑을 진행하였다. 계산한 손실 값은 시간 평균 손실이며, 동손의 경우에는 별도의 공식을 사용하여 계산하였다. 이때, 자동 매핑에 대한 정의와 전자계의 손실 값이 열원으로 작용하는 과정에 대하여 설명하였고, 손실 값의 타당성에 대하여 증명하였다. 열 해석에서는 각 Mesh에 존재하는 열원을 계산하였기 때문에, 기존의 열 등가회로망에 비하여 계산 포인트를 많이 확보할 수 있었기 때문에 해석 결과의 정확성을 높일 수 있었다. 냉각 방식의 경우에는 수냉식을 채택하였고 워터재킷(Water Jacket)을 모사하기 위하여 Convection 조건을 입력하였다. 해당 조건을 바탕으로 멀티 피직스 해석을 진행하여 권선의 중심값 온도를 얻을 수 있었으며, 실험 데이터와 온도를 비교하여 값의 타당성을 확인하였다.