냉각날개를 갖는 외전형 BLDC 모터의 열유동 해석

Abstract

본 연구에서는 냉각 날개를 갖는 외전형 BLDC(Brushless Direct Current) 모터의 유동 및 냉각 특성을 파악하기 위해 3차원 난류 모델링을 이용하여 수치 해석한다. 연구 대상 모터의 회전자에 위치한 냉각날개와 냉각구멍의 회전 효과에 의해 회전자 안쪽으로 들어오는 축 방향 유동이 발생하며, 이러한 유동에 의해 고정자 코일이 냉각된다. 수치 해석 결과를 검증하기 위하여 구동 시험을 실시하였고, 실험으로 얻은 온도장은 수치 해석 결과와 잘 일치한다. 또한 설계인자 (냉각구멍의 배열, 냉각날개와 냉각구멍의 크기, 냉각날개의 각도)에 대한 영향을 분석하고 이를 통하여 냉각구멍의 넓이가 기준모델의 1.4배이고 냉각날개 각도가 125°인 개선모델을 제안한다. 개선모델은 기준모델에 비하여 대류 열전달률이 8.1% 상승하는 냉각성능 향상을 얻는다.; In this paper, thermo-flow characteristics of an outer-rotor type BLDC motor are numerically analyzed using three-dimensional turbulence modeling. On the rotor of the BLDC motor, cooling blades and cooling holes are existed for the enhanced cooling performances. Rotating the blades and holes generates axial air flow streaming into inner rotor side and passing through stator slots, which cools down stator by forced convection. Operating tests are performed and the numerical temperature fields are found to be in good agreement with experimental results. A new design of the BLDC motor has also been developed and major design parameters such as the arrangement of cooling holes, the area of cooling holes and cooling blades, and the cooling blade angle, are analyzed for the enhanced convective heat transfer rate. It is found that the convective heat transfer rate of the new BLDC motor model is increased by about 8.1%, compared to that of the reference model.