[JAC279] IPMモータの冷却を考慮した熱解析

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概要

IPMモータ
EV/HEV駆動用モータは高トルク領域や高出力領域などで動作します。そのような動作点で駆動させる場合、損失を熱源とし部品温度が上昇します。通常の空冷では耐熱温度を超えてしまうため、ウォータージャケットやATFを使用した冷却設計が行われます。
熱等価回路を組み合わせることで冷却や部品間の熱抵抗を考慮した解析が可能です。
ここでは、熱等価回路を用いて冷却を考慮した3相IPMモータの熱解析を行い、コイルの温度変化を確認します。

冷却仕様

図1 冷却仕様
冷却仕様を図1に示します。
ウォータージャケットはステータ上部の90(deg)分に配置しています。
ATFプールはステータ下部の90(deg)分に溜まるとします。
ハウジング、コイルエンド、シャフトは熱等価回路内でモデル化します。

熱等価回路

図2 熱等価回路
熱等価回路を図2に示します。
FEMと記載されている熱伝達境界素子は有限要素モデルと接続しています。
ステータコア側面はウォータージャケット部分、ATFプール部分とそれ以外の3つに分け、熱抵抗を介してハウジング、外気に接続しています。
上記以外のコア表面およびコイルエンドはハウジング内部の空気を介してシャフトやハウジングに接続しています。

コイルの温度変化

コイルの温度評価点を図3、コイルの温度変化を図4、駆動開始から15分後の温度を表1に示します。
コイルの温度を確認することで、耐熱クラスの許容温度に収まっているか判断することができます。
本事例では、駆動開始から15分後の温度を確認するとウォータージャケット部分よりATFプール部分の方が低温になっています。ATFの方が冷却効果が高いことがわかります。
ATFプール部分では中央部分より先端部分の方が低温になっています。コアを介した冷却よりコイルエンドを介した冷却の方が効果が高いことがわかります。

図3 コイルの温度評価点
図4 コイルの温度変化
表1 駆動開始から15分後のコイルの温度

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