권선 열전도율 방향성(Anisotropic) 적용

Litz wire로 구성된 권선은 다수의 절연된 도선이 꼬여 있는 구조로, 도선이 감긴 방향과 절연층이 존재하는 방향에 따라 열전달 특성이 다르게 나타납니다.

일반적인 등방성(Isotropic) 물성으로 권선을 모델링할 경우 이러한 권선 내부의 실제 열전달 경로가 충분히 반영되지 않을 수 있습니다.

따라서 본 해석에서는 권선의 열전도율을 방향성(Anisotropic) 물성으로 정의하고 Cylindrical Coordinate System을 적용하여 권선 감김 방향(theta)과 반경 방향(r), 축 방향(z)의 열전도율을 다르게 입력하여 보다 현실적인 열해석을 수행하였습니다.

1. Maxwell 해석 모델
단순화된 코어-권선 구조를 대상으로 Maxwell 해석 모델을 구성하고, 권선부에서 발생하는 손실을 산출하였다.

2. Maxwell 해석 손실 결과
100 kHz 조건에서 권선 손실은 약 0.0156 W로 계산되었으며, 해당 손실 값을 Icepak 열해석 입력 조건으로 사용하였다.

3. Icepak 물성 입력 및 좌표 설정
등방성(Isotropic) 해석은 구리의 열전도율을 400 W/m·K로 입력하였고, 방향성(Anisotropic) 해석은 Cylindrical Coordinate System을 기준으로 z = 2.5, theta = 400, r = 2.5 W/m·K를 적용하였다.
또한 권선의 감김 방향이 theta 방향이 되도록 좌표계를 설정하여 Orientation에 반영하였다.

4. 온도 결과 비교
등방성 물성 적용 시 권선 내부 열이 상대적으로 쉽게 확산되며 완만한 온도 분포를 보였다. 반면 방향성 물성 적용 시 감김 방향과 수직한 열전달이 제한되어, 권선 형상을 따라 보다 뚜렷한 온도 분포 차이가 나타났다.