1. 발열원과 방열의 중요성
고부하 간헐적으로 동작하는 장치로서, 자동차 전기 공기 펌프 (CEV)는 핵심 부품으로 인해 작동 중에 상당한 열을 발생시킵니다. 주요 열원은 다음과 같습니다.
모터 열: 모터 권선에 전류가 흐를 때 저항으로 인해 줄(Joule) 열이 발생합니다. 이것이 주요 열원입니다.
피스톤 마찰: 피스톤과 실린더 내부의 실린더 벽 사이의 고속 왕복 운동으로 인해 마찰열이 발생합니다.
가스 압축열: 열역학 원리에 따라 압축되면 가스의 온도가 급격하게 상승합니다. 압축된 뜨거운 공기는 실린더와 공기 파이프를 가열합니다.
효과적인 열 방출은 안정적인 성능을 보장하고 CEV의 수명을 연장하는 데 중요합니다. 열이 축적되면 모터 효율이 감소하고, 코일 절연이 노화되고, 과열로 인해 작동이 중단될 수도 있어 사용자 경험과 제품 신뢰성에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
2. 핵심 방열 기술
CEV 공기 펌프의 방열 기술은 주로 내부 구성 요소의 열을 외부 환경으로 효율적으로 전달하는 데 중점을 둡니다.
1. 구조 최적화
금속 실린더 및 실린더 헤드: 실린더 및 실린더 헤드는 알루미늄 합금 또는 구리 합금과 같은 열 전도성이 높은 금속 재료로 구성됩니다. 금속은 엔지니어링 플라스틱보다 열전도율이 훨씬 높아 피스톤과 압축으로 인해 발생하는 열을 빠르게 방출할 수 있습니다.
방열판 설계: 핀은 실린더 외부 표면이나 엔진 본체의 주요 열 발생 영역에 통합되어 있습니다. 이 핀은 외부 공기와의 접촉 면적을 늘려 열 대류 효율을 크게 향상시킵니다. 핀의 수, 높이 및 간격은 최적의 대류 열 방출을 달성하도록 세심하게 설계되었습니다.
트윈/다중 실린더 설계: 단일 실린더 펌프와 비교하여 트윈 실린더 펌프는 총 전력 소비를 두 개의 실린더에 분산시켜 단일 실린더의 순간 열 부하를 줄입니다. 또한 두 실린더 사이의 공간은 공기 흐름을 원활하게 하고 열원을 분산시킵니다.
2. 능동형 공기 냉각 시스템
통합 냉각 팬: 대부분의 중저가형 자동차용 전기 공기 펌프에는 하나 이상의 고속 팬이 포함되어 있습니다. 이러한 팬은 일반적으로 모터나 실린더 근처에 배치되어 외부에서 차가운 공기를 강제로 끌어와 발열 부품 위로 불어넣은 다음 뜨거운 공기를 배출합니다. 이는 가장 직접적이고 효과적인 냉각 방법입니다.
공기 덕트 및 공기 흐름 설계: 전용 공기 덕트는 펌프 하우징에 내장되어 있습니다. 엔지니어는 CFD(전산 유체 역학) 시뮬레이션을 사용하여 팬 공기 흐름 경로를 최적화하여 모터 권선, 베어링 및 실린더 벽 전체의 정확한 흐름을 보장하고 열 손실 불감대를 방지합니다.
3. 스마트 열 관리 및 보호
순수한 물리적 열 방출 외에도 최신 자동차용 전기 공기 펌프는 열 관리를 위해 지능형 전자 기술을 사용합니다.
서미스터/온도 센서: PTC/NTC 서미스터 또는 디지털 온도 센서는 모터 권선, PCBA 또는 실린더의 주요 위치에 설치됩니다. 이 센서는 공기 펌프의 내부 온도를 실시간으로 모니터링합니다.
과열 보호: 내부 온도가 미리 설정된 임계값(예: 105°C 또는 120°C)에 도달하면 지능형 제어 칩(MCU)이 즉시 모터 전원을 차단하여 자동 종료를 실행합니다. 이는 과열로 인한 손상을 방지하고 사용자의 안전과 제품의 내구성을 보장합니다.
PWM 펄스 폭 변조: 일부 고성능 브러시리스 모터 공기 펌프에서 컨트롤러는 온도 센서 피드백을 기반으로 모터의 PWM 듀티 사이클을 동적으로 조정합니다. 기본적인 팽창 효율을 유지하면서 모터 출력을 적절하게 줄여 급격한 열 축적을 억제하고 연속 작동 시간을 연장합니다.
IV. 재료 및 인터페이스 최적화
고내열 절연재: 내열성 에나멜선과 Class H 또는 Class F(최대 온도 저항 180°C 또는 155°C)의 절연재를 사용하여 고온 환경에서 모터의 절연 파괴나 단락이 발생하지 않도록 하여 공기 펌프의 신뢰성을 향상시킵니다.
열 인터페이스 재료(TIM): 접촉 열 저항을 최소화하고 방열 구조로 효율적인 열 전달을 보장하기 위해 특정 구성 요소(예: PCBA의 전력 트랜지스터와 방열판 사이의 인터페이스) 사이에 열 그리스 또는 열 패드를 사용할 수 있습니다.
폴리머 하우징: 하우징이 엔지니어링 플라스틱으로 제작되더라도 장기간 고온 작동 시 하우징이 변형되거나 연화되지 않도록 Tg(유리 전이 온도)가 높은 난연성이 뛰어난 PA 또는 PC/ABS 복합 재료를 선택합니다.
