전기모터, 전기차] 모터 냉각설계 & 열생성 & 모터 냉각에서의 열 흐름

 

- 냉각설계

- 모터에서의 열발생

- 모터 냉각에서의 열 흐름

 

 냉각설계

 

냉각설계 = 발열원을 줄이기 위한 설계 & 방출되는 열을 효과적으로 배출하는 설계

 

모터 자체에서 발생하는 열을 빠른시간에 방출하여 내부 온도를 목표치만큼 유지하기 위함

소재 선정

냉각수 선정

파이프라인 구성 (흐름 효율/냉각 효율을 생각하여)

알맞은 모터 in 온도를 위한 열교환기 디자인

시스템에서 냉각수 루프를 돌리기 위한 펌프 사양 선정

 

Numerical study on the heat transfer in an electric motor with oil water cooling to achieve an enhanced cooling performance, 학위논문(박사), 2019

 

냉각방식 :

공냉방식 / 냉각수 냉각방식 / 오일냉각(오일의 절연특성을 활용하여 직접 냉각 가능)

 

 

 모터에서의 열발생

 

 

인버터의 스위칭 소자 IGBT(insulated-gate bipolar transistor)를 통한 전원이 모터에 인가

모터에 감긴 코일에 전류가 흐르고

전류의 제곱과 저항의 곱으로 코일에서 동 손실(copper loss)에 의한 열이 발생

 

영구자석과 코일묶음에 전기가 흐름으로 자기장 발생

자기장이 스테이터/로터 코어를 지나며 철손 발생

 

2022.08.12 - [정리, 공부/자동차, 친환경차] - 전기모터, 전기차] 열 손실: 속도에 따른 동손과 철손, 적층길이와 효율

전기모터, 전기차] 열 손실: 속도에 따른 동손과 철손, 적층길이와 효율

 

기계손 (특히 베어링부) ~ 베어링 온도 상승

 

로터와 스테이터 사이의 공기의 마찰

혹은 로터의 빠른회전과 좁은 공간으로 공기막 형성으로

로터의 열이 스테이터로 빠져나가기 어려움

 

 모터 냉각에서의 열 흐름

 

두가지 열관리(thermal management) 파트(관점)

1.     라디에이터(radiator) - 냉각수 펌프(coolant pump) - 인버터(inverter) - 열교환기(heat exchanger)로 구성된 차량시스템의 열관리 파트

2.     모터/감속기, 오일쿨러(oil cooler - heat exchanger), 오일 펌프(oil pump)로 구성된 구동계 열관리 파트

 

기본적으로 차량 전면의 Radiator을 사용한 공랭으로 차량 시스템 냉각수 cooling

환경 온도에 따라 냉각수 펌프/인버터/열교환기/모터 하우징 냉각라인에 들어가는 냉각수 온도가 결정

모터 내부 시스템을 직접 냉각시켜주는 오일

오일 온도는 위의 차량 시스템을 도는 냉각수와의 열교환으로 결정

이 오일은 샤프트를 통해 로터를 냉각하기도,

Thermal performance of oil spray cooling system for in-wheel motor in electric vehicles

가장 많은 열손실이 발생하는 코일부에 직접 뿌려지며 냉각하기도

냉각수 대신 스테이터 바깥부분을 흘러 냉각하기도

 

 

 

마치며

 

2022.10.30 - [정리, 공부/자동차, 친환경차] - 전기모터, 전기차] 전기자동차 모터에 냉각시스템이 필요한 이유

전기모터, 전기차] 전기자동차 모터에 냉각시스템이 필요한 이유