중적외선을 이용한 IPMSM 내 로터 온도 측정 및 냉각시스템 설계 연구
- Title
- 중적외선을 이용한 IPMSM 내 로터 온도 측정 및 냉각시스템 설계 연구
- Other Titles
- IPMSM rotor thermometry and cooling system design using mid-infrared optical diagnostics
- Author
- 심우혁
- Alternative Author(s)
- Woohyuk Sim
- Advisor(s)
- 유지형
- Issue Date
- 2024. 2
- Publisher
- 한양대학교 대학원
- Degree
- Master
- Abstract
- 본 논문에서는 광학 기술을 활용한 IPMSM(Interior permanent magnet synchronous motor) 영구자석의 실시간 온도 측정과 CFD(Computational fluid dynamics)를 활용한 일체형
전기차 파워트레인 열 관리 기술 연구를 진행하였다. IPMSM의 제어 성능 확보 및 보호를 위해
서는 모터 각 부분의 온도를 측정하는 기술이 필요하지만, 고속 회전으로 인한 전기적인 연결이
어려운 회전자와 영구자석의 온도 측정을 위한 기술 부족이 존재한다. 이에 대응하기 위해 광학
기반 비접촉식 온도 측정 기술을 도입하여 중적외선 센서를 통해 회전자와 영구자석의 실시간
온도를 측정하는 연구를 수행하였다. 이를 통해 전동기의 교란에 영향을 받지 않고 고속 상황
에서도 절대온도를 측정할 수 있다. 지그 제작 실험에서 회전 속도 별 진동 특성과 측정 거리별
불확실성이 센서 성능에 미치는 영향을 파악한 결과 ±2°C 아래임을 확인하였다. 이를 기반으
로 IPMSM 구동 실험을 통해 상온에서 120도까지의 온도 범위에서 32N · m 토크로 고정된
1000rpm, 2000rpm, 3000rpm, 4000rpm 별로 구동 시 회전하는 영구자석의 포화상태 온도를
TC 측정과 비교하여 최대 오차율 1.29%를 기록하였으며, 냉각수 유입 시 최대 온도차 1.5°C,
오차율 1.49%로 정밀한 온도 측정을 확인하였다.
또한, 일체형 전기차 파워트레인의 핵심 부품 중 모터와 인버터의 부분적인 온도 관리를
통합적으로 고려하는 열 관리 기술에 대한 연구를 수행하였다. CFD 프로그램 중 오픈소스인
OpenFOAM을 활용하여 모델링을 수행하고, 모터와 인버터의 상호 관계를 고려하여 발열을
능동적으로 냉각하여 냉각 채널의 운영을 효율화하는 목표로 모터, 인버터 공용 냉각 유로 및
모터 개별 냉각 유로의 병렬 설계를 진행하였다. CFD 해석 결과 바탕으로 병렬 냉각 방식을
이용하여 발열량에 따라 냉각 조건을 분석하고 적용하여 에너지 효율을 향상시키는 목적을 가
졌다. 제작된 냉각 유로 및 하우징을 기반으로 한 구동 시스템을 통해 CFD 해석과 실제 모터
구동 실험을 비교 검증하여 2000rpm/50N ·m 구동 시 다양한 냉각수 유입 조건에서 영구자석과 코일 기준 해석과 실험의 최대 온도차가 각각 3.3°C, 11°C 이내로 유지되는 결과를 얻었다
- URI
- http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000720709https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/189102
- Appears in Collections:
- GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > AUTOMOTIVE ENGINEERING(미래자동차공학과) > Theses (Master)
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