수냉각 하우징을 적용한 영구자석 동기전동기의 집중정수 열회로망 모델링 및 실험 검증

• 영문명: Lumped Parameter Thermal Network Modeling and Experimental Validation of a Permanent Magnet Synchronous Motor with Water-Cooled Housing
• 발행기관: 한국산업기술융합학회(구. 산업기술교육훈련학회)
• 저자명: 지우영(Woo-Young Ji) 이형우(Hyung-Woo Lee)
• 간행물 정보: 『산업기술연구논문지』제30권 3호, 201~207쪽, 전체 7쪽
• 주제분류: 공학 > 산업공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2025.09.30

국문 초록

전동기는 제한된 사이즈 내에서 내부 손실로 인한 발열 때문에 출력과 전류밀도가 크게 제한된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수냉각 하우징을 적용하면 보다 높은 성능의 냉각을 통해 열적인 제약을 완화하고 출력 밀도를 효과 적으로 향상시킬 수 있다. 다만 시스템의 발열과 냉각을 정량적으로 평가하고 열적 거동을 분석하기 위해서는 적절한 열 모델이 필수적이다. 본 연구에서는 집중정수 열회로망을 이용한 열 모델 도출과 실험을 통한 검증을 진행하였 다. 열 모델링을 위한 파라미터 도출을 위해 수냉각 하우징을 적용한 영구자석 동기전동기의 사양 분석을 진행하였고 제작도면, 실험 조건까지 고려하여 주요 파라미터를 산정하였다. 대류 효과를 최소화하기 위해 DC 시험을 수행하 였으며 불확실한 변수 파라미터를 최소화하여 요구되는 해석과 실험 횟수를 효과적으로 감소시켰다. 결국 슬롯 내유효 열전도율만을 불확실한 변수로 두어 실험 결과와의 비교 분석을 통해 보정을 진행하여 열 모델을 도출하였다. 도출된 열 모델을 통해 보다 정확한 열적 거동을 분석할 수 있으며 다양한 운전 조건에서의 온도 예측이 가능하다.

영문 초록

The output power and current density of electric motors are significantly constrained within a limited volume because of heat generation from internal losses. Effective water-cooled housing would address thermal limitations and improve power density; however, evaluating the heat dissipation capability of the system requires an appropriate thermal model. This study develops and experimentally validates a lumped parameter thermal network (LPTN) model for a permanent magnet synchronous motor(PMSM) equipped with water-cooled housing. Key thermal parameters were determined based on the actual prototype specifications and experimental conditions, and thermal modeling was conducted accordingly. To minimize the influence of convective effects, a DC test was conducted. The thermal model was developed by calibrating only the effective thermal conductivity with in the stator slot, and its accuracy was validated through comparisons with the experimental results

목차

Ⅰ. 서 론

Ⅱ. 열 모델링

Ⅲ. 시뮬레이션 및 실험 결과

Ⅳ. 결 론

ACKNOWLEDGEMENTS

References

키워드

동기전동기 고출력밀도 수냉각 하우징 열 모델링 집중정수 열회로망 Synchronous Motor High Power Density Water-Cooled Housing Thermal Modeling Lumped Parameter Thermal Network(LPTN)