Steady-state Thermal Analysis of 5 kW IPMSM Using Thermal Equivalent Circuit

Abstract

1. 서 론 현재 전동기 산업분야에서 전동기의 고효율 및 소형 경량화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 고성능 영구자석이 전동기 로터 내부에 삽입 되어 있는 매입형 영구자석 동기전동기(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)는 마 그네틱 토크와 더불어 릴럭턴스 토크를 이용한다. 이 때문에 IPMSM 은 일반적으로 유도전동기에 비 해 운행조건 시 고출력 밀도 가진다. 또한 동일한 출력을 갖는 유도전동기에 비해 약 0.5 배 정도의 Key Words: Thermal Equivalent Circuit(열등가회로), Finite Element Method(유한요소법), Interior Permanent Magnet Synchronous Motor(영구자석 동기전동기) 초록: 본 논문에서는 영구자석 동기전동기의 특정 운행조건 중 발생하는 열 발생량에 대해, 열등가회로 를 이용하여 정상상태 열 해석을 수행하였다. 최근 전동기는 소형, 경량화되며 극한 운행조건에서도 고 출력 밀도를 견뎌야 한다. 특히, IPMSM 의 코일과 영구자석에서 발생하는 과도한 열은 전동기의 출력 을 감소시키고, 전동기의 수명에 악영향을 끼치기 때문에 설계단계에서 IPMSM 의 열 해석이 중요하다. 그러므로, 본 연구에서는 열등가회로를 이용하여 IPMSM 의 설계변수 변화에 따라 정상상태 열 해석을 진행하였다. 변화된 설계변수는 하우징의 축방향 길이 그리고 하우징 두께이다. 마지막으로 열등가회로 를 이용한 열 해석 결과와 유한요소법을 이용한 열 해석 결과를 비교하고, 열 해석 결과에 정확성과 신 뢰성을 확인하고자 한다.Abstract: Steady-state thermal analysis was performed on a thermal equivalent circuit to determine the heat generation during operation of an interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM). New machines must be compact and light and produce high torque density under extreme environmental conditions. Thermal analysis of an IPMSM is particularly important because excessive heat generated from the core and magnet reduces the IPMSM's output and has adverse effects on the durability. Therefore, steady-state thermal analysis of an IPMSM was performed for changes in the design variables using a thermal equivalent circuit. The changed variables were the axis length and thickness of the housing. The results of this method were compared with those of the finite element method to verify the accuracy and reliability. § 이 논문은 2014년도 대한기계학회 열공학부문 춘계학술 대회

Advanced rotor temperature estimation of permanent magnet synchronous machines for electric vehicles

“…where T rÀinit(T 1) and T rÀinit(T 2) are the rotor initial temperatures at environment temperatures T 1 and T 2 , respectively, and j is the fitted coefficient depending on actual environment temperature zone between T 1 and T 2 . When vehicle is power-on initially, the value of T r1 in equation ( 13) is equal to that of T rÀinit(T ) in equation (15).…”

“…[10][11][12] The final method is to measure counter electromotive force and calculate remaining field density used to look up the table with actual rotor temperature for PMSM. [13][14][15] Based on previous arguments, there are still several disadvantage factors to estimate rotor temperature under actual operation state for PMSM. First, there is ignorance of rotor temperature variation after vehicle system powers off, especially in the condition of natural cooling, so there is no way to obtain the initial value of rotor temperature when vehicle system powers on again.…”