수소연료전지 열관리시스템 냉각용 30 kW 팬모터 형상 연구 (Study on the Shape of a 30 kW Fan Motor for Cooling the Hydrogen Fuel Cell Thermal Management System)

서지정보

· 발행기관 : 한국자기학회
· 수록지 정보 : 한국자기학회지 / 35권 / 3호 / 126 ~ 134페이지
· 저자명 : 김수용, 정성인

초록

본 논문은 수소연료전지 열관리 시스템의 냉각을 위한 30 kW 팬 모터의 형상을 최적화하고 영구자석 사용량을 줄이는 방안을 연구한다. 수소연료전지를 사용하는 상용차는 온실가스 배출 감축을 위해 주목을 받고 있지만, 연료전지 운전 중에 발생하는 고 열은 시스템 성능과 수명에 부정적인 영향을 미치므로 열 관리가 중요하다. 본 연구는 기존 팬 모터를 기반으로 희토류 영구자석의 사용량을 줄이면서도 동일한 성능을 유지하고자 하였다. 영구자석 두께, 자석 가이드, 공극 등 주요 설계 변수를 최적화하여 자석 두께를 절반으로 줄였으며, 이 과정에서 코깅 토크 증가 및 효율 저하와 같은 문제점을 해석하였다. 그 결과, 축소된 모델은 자석 크기를 기존 모델 대비 51% 줄였음에도 동일한 출력을 유지하였으며, 전류 및 전류 밀도 증가, 효율 저하 등의 문제점이 일부 발생하였다. 또한, 온도 및 불가역 감자 해석을 통해 고온 환경에서의 안정성을 확인했다.

영어초록

This paper studies ways to optimize the shape of a 30 kW fan motor for cooling in a hydrogen fuel cell thermal management system and reduce permanent magnets. Commercial vehicles using hydrogen fuel cells are attracting attention to reduce greenhouse gas emissions, but thermal management is important because the high heat generated during fuel cell operation negatively affects the system performance and lifespan. Based on the existing fan motor, this study sought to maintain the same performance while reducing the use of rare earth permanent magnets. The magnet thickness was reduced in half by optimizing the main design variables such as the thickness of the permanent magnet, magnet guide, and air gap, and interpreted problems such as increased cogging torque and reduced efficiency in this process. As a result, the reduced model maintained the same output even though the magnet size was reduced by 51% compared to the existing model, and problems such as increased current and current density and decreased efficiency were partially caused. In addition, stability in a high-temperature environment was confirmed through temperature and irreversibledemagnetization analysis confirming that it is structurally sufficiently safe.

참고자료

· 없음