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Comprehensive review on cooling of permanent magnet synchronous motors and their qualitative assessment for aerospace applications

Umfassender Überblick über die Kühlung von Permanentmagnet-Synchronmotoren und ihre qualitative Bewertung für Luft- und Raumfahrtanwendungen

  • The permanent magnet synchronous motor (PMSM) can be a suitable candidate for electrified propulsion in aviation. Despite the very high efficiency, heat dissipation during operation leads to performance limitations. Elevated temperatures in the electrical insulations and the magnets pose a potential safety risk that must be reduced by selective cooling. A comprehensive review is conducted to capture current research interests in cooling methods in PMSM. Cooling methods are described according to their heat transfer mechanism, grouped, and assigned to the components within the motor. Key findings of the literature reviewed are described in the context of PMSM cooling. Information on cooling media and potential combinations of cooling methods in components is gathered. Assessment parameters such as safety, weight, effectiveness, integrability, complexity and cost are defined to enable a subsequent qualitative analysis for six selected cooling methods. A point-weighted evaluation approach, according to VDI 2225, was applied to identifyThe permanent magnet synchronous motor (PMSM) can be a suitable candidate for electrified propulsion in aviation. Despite the very high efficiency, heat dissipation during operation leads to performance limitations. Elevated temperatures in the electrical insulations and the magnets pose a potential safety risk that must be reduced by selective cooling. A comprehensive review is conducted to capture current research interests in cooling methods in PMSM. Cooling methods are described according to their heat transfer mechanism, grouped, and assigned to the components within the motor. Key findings of the literature reviewed are described in the context of PMSM cooling. Information on cooling media and potential combinations of cooling methods in components is gathered. Assessment parameters such as safety, weight, effectiveness, integrability, complexity and cost are defined to enable a subsequent qualitative analysis for six selected cooling methods. A point-weighted evaluation approach, according to VDI 2225, was applied to identify the most promising cooling approach for successful implementation in aviation.show moreshow less
  • Der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist ein geeigneter Kandidat für elektrifizierte Antriebe in der Luftfahrt. Trotz des sehr hohen Wirkungsgrades führt die Abwärme während des Betriebs zu Leistungseinschränkungen. Erhöhte Temperaturen in den elektrischen Isolierungen und den Permanentmagneten stellen ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar, das durch gezielte Kühlung reduziert werden muss. Ein umfassender Überblick über die aktuellen Forschungsaktivitäten im Bereich der Kühlungsmethoden für PMSM wird vorgestellt. Die Kühlungsmethoden werden nach ihrem Wärmeübertragungsmechanismus beschrieben, gruppiert und den Komponenten innerhalb des Motors zugeordnet. Die wichtigsten Ergebnisse der gesichteten Literatur werden im Zusammenhang mit der PMSM-Kühlung beschrieben. Es werden Informationen über Kühlmedien und mögliche Kombinationen von Kühlmethoden in Komponenten gesammelt. Bewertungsparameter wie Sicherheit, Gewicht, Effektivität, Integrierbarkeit, Komplexität und Kosten werden definiert, um anschließend eine qualitative Analyse fürDer Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist ein geeigneter Kandidat für elektrifizierte Antriebe in der Luftfahrt. Trotz des sehr hohen Wirkungsgrades führt die Abwärme während des Betriebs zu Leistungseinschränkungen. Erhöhte Temperaturen in den elektrischen Isolierungen und den Permanentmagneten stellen ein potenzielles Sicherheitsrisiko dar, das durch gezielte Kühlung reduziert werden muss. Ein umfassender Überblick über die aktuellen Forschungsaktivitäten im Bereich der Kühlungsmethoden für PMSM wird vorgestellt. Die Kühlungsmethoden werden nach ihrem Wärmeübertragungsmechanismus beschrieben, gruppiert und den Komponenten innerhalb des Motors zugeordnet. Die wichtigsten Ergebnisse der gesichteten Literatur werden im Zusammenhang mit der PMSM-Kühlung beschrieben. Es werden Informationen über Kühlmedien und mögliche Kombinationen von Kühlmethoden in Komponenten gesammelt. Bewertungsparameter wie Sicherheit, Gewicht, Effektivität, Integrierbarkeit, Komplexität und Kosten werden definiert, um anschließend eine qualitative Analyse für sechs ausgewählte Kühlmethoden zu ermöglichen. Ein punktgewichteter Bewertungsansatz nach VDI 2225 wurde verwendet, um den vielversprechendsten Kühlungsansatz für eine erfolgreiche Umsetzung in der Luftfahrt zu identifizieren.show moreshow less

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Metadaten
Author: Paul König, Dikshant SharmaORCiD, Karunakar Reddy KondaORCiD, Tianxiao Xie, Klaus Höschler
DOI:https://doi.org/10.3390/en16227524
Document Type:Scientific article
Language:English
Year of Completion:2023
Release Date:2023/12/05
Tag:Elektrische Luftfahrt; Elektrische Maschinen; Motorkühlung; Wärmemanagement
Electric aviation; Electrical machines; Motor cooling; PMSM; Thermal management
GND Keyword:Luftfahrt; Raumfahrt; Elektroantrieb; Dauermagneterregter Synchronmotor; Kühlung
Fundername (not EU):Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) / Open-Access-Publikationskosten (2023 -2025) / 512881332
Source:Erstveröffentlichung: König, Paul; Sharma, Dishant; Konda, Karunaka Reddy; Xie, Tianxiao; Höschler, Klaus: Comprehensive Review on Cooling of Permanent Magnet Synchronous Motors and Their Qualitative Assessment for Aerospace Applications Comprehensive Review on Cooling of Permanent Magnet Synchronous Motors and Their Qualitative Assessment for Aerospace Applications. - Energies 2023, 16(22), 7524. - https://doi.org/10.3390/en16227524
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Flug-Triebwerksdesign
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
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