55 kW 축방향 자속 모터의 직접 냉각 성능에 대한 해석적 연구 = Computational Study on Direct Cooling Performance for 55 kW Axial Flux Motor

국문 초록 (Abstract)

최근 환경규제 및 고유가로 인해 하이브리드 자동차의 판매량이 증가하고 있다. 완성차와 부품사에서는 하이브리드 자동차의 출력과 연비를 높이기 위해 구동 모터의 냉각 성능을 개선하는 연구를 활발히 진행하고 있다. 본 연구에서는 55 kW 급 축방향 자속 모터의 냉각성능을 향상시키기 위한 해석적 연구를 수행하였다. 열유동 해석을 위해 P사에서 개발중인 축방향 자속 모터를 기반으로 3차원 해석용 모델을 설계하였다. 경계조건은 3,000 rpm, 175 Nㆍm 조건에서 모터효율 92%로 가정하여 3차원 정상상태 열유동 해석을 수행하였다. 해석결과, 입구와 가까운 Coil & Stator의 온도가 가장 낮게 나타나며 출구와 가까운 Coil & Stator의 온도가 높게 분포하고 있다. 이는 유동이 Housing의 외곽으로 흘러 Coil & Stator 내부의 열을 냉각시키지 못해 온도55편차가 커진것으로 판단된다. Base 모델의 온도편차를 개선하기 위해 OJ-1 모델을 설계하여 해석하였다. 해석결과, 개선된 난류핀의 영향으로 인해 후단부의 유동이 Coil과 Stator 간극사이에 유동이 흘러 Coil간의 온도편차가 기존 71℃에서 50℃로 감소하였다. 특히, Coil 6 번과 9 번의 온도가 50% 이상 감소하였다. 이를 통해 냉각핀과 입출구 위치변경의 효과가 뛰어난 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과는 하이브리드 자동차용 축방향 자속모터 냉각기술 개발에 기초자료로 활용될 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, hybrid car sales have increased due to environmental regulations and high oil price issues. Automobile and parts manufacturers are actively researching to improve the cooling performance of drive motors to increase the power and fuel efficiency of hybrid vehicles. In this study, an analytical study was conducted to improve the cooling performance of a 55 kW axial flux motor. For heat flow simulations, a 3D simulation model was designed for the axial flux motor being developed by company P. The boundary conditions were 3,000 rpm and 175 Nㆍm, and a 3D steady-state heat flow simulation was performed, assuming a motor efficiency of 92%. The temperature of the coil & stator closest to the inlet is the lowest, and the temperature of the coil & stator close to the outlet is distributed high. This caused the flow to outside the coil and stator, unable to cool the heat inside the coil and stator, increasing the temperature difference. To improve the temperature deviation of the base model, the OJ-1 model was designed and analyzed. As a result of the analysis, due to the influence of the improved turbulence fin, the flow at the rear end flows between the gap between the coil and the stator, and the temperature difference between the coils decreased from the existing 71℃ to 50℃. In particular, the temperature of coils 6 and 9 decreased by more than 50%. Through this, it was confirmed that the effect of changing the positions of the cooling fins and inlet/outlet was excellent. The results derived from this study are expected to be used as basic data for devewloping axial flux motor cooling technology for hybrid vehicles.