3d프린터 카페에서 ai가 할수 있느니 아직 멀었다느니 얘기들 있어서 한번 시도해 본 작업.
기존 쥔장이 한 작업에 달린 의견들 참조해서 작업했어요.
저는 전자회로 설계라서 기구는 이런 종류 설계는 전혀 지식이 없는 상태이니
작업을 하면서 나오는 용어들 이해해볼려고 하면서 작업지시를 내렸습니다.
아래 문서 자체들도 모두 astra가 정리한겁니다.
시간은 대략 3~4시간정도, 토큰은 100불 요금제 주간 토큰 절반을 소모했으니 엄청난 양입니다.
그런데 80%정도를 아스트라 엑스트라하이로 했는데 그럴 필요없었겠다 싶습니다..
sol로 해도 가볍게 처리할듯 싶어요. 초기 자료 모으고정리하는거는 아스트라시키고..
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전기차 모터 하우징을 AI와 함께 어디까지 설계하고 검토할 수 있을지 진행해 봤습니다.
목표는 고성능 전기차를 참고해 연속출력, 냉각, 강성을 우선하는 하우징을 만드는 것이었습니다. FreeCAD로 형상을 만들고, 권선과 터미널이 들어가는 공간을 확인한 뒤, 강성과 수냉을 반영한 열변형까지 검토했습니다.
현재 결과물은 ‘개념설계 및 1차 해석 검토 완료’ 단계입니다. 양산 도면이나 실물 제작·시험까지 끝낸 설계는 아닙니다. 오히려 모델과 해석을 통해 어디를 보강해야 하는지 확인한 작업에 가깝습니다.


[사진 삽입: 01_housing.png]
사진 설명: 모터 본체 하우징, 양쪽 엔드커버, 냉각 재킷과 단자함을 포함한 CAD-04 모델.


[사진 삽입: 02_cover_removed.png]
사진 설명: 단자측 커버를 숨긴 모습. 권선 끝단과 터미널 외곽을 기준으로 하우징 공간을 검토했다.
1. 이번에 만든 결과물
• 모터의 고정자·권선 외곽·터미널 패키지 모델
• 모터 슬리브와 수냉 재킷
• 구동측(DE)·단자측/NDE 엔드커버
• 단자함과 분리형 뚜껑, 체결·공구 접근 공간
• 커버 강성 해석 결과
• 수냉 연계 온도·열변형·열응력 결과
• FreeCAD 모델, STEP, 계산 코드와 보고서
양산 참고 대상으로는 현대 IONIQ 5 N 후륜 모터와 E-GMP 계열의 공개 자료를 살펴봤습니다. 다만 내부 제작도면이나 실측 자료를 확보한 것은 아닙니다. 공개된 구조·제원과 논문을 참고하고, 확인되지 않은 치수와 조건은 가정값으로 구분한 개념 모델입니다.
2. 시작할 때 요청한 내용과 작업 방식
처음에는 바로 모델링하지 않고 자료와 설계 조건부터 정리하도록 요청했습니다.
주요 프롬프트 — 실제 입력 원문 중 일부
“양산기준으로 사양을 정하고 이를 만족하는 재질과 구조로 설계.”
“관련된 논문이나 기술 문서를 적극 참고해서 설계하자.”
“아직 freecad 작업은 하지말고 필요한 정보를 먼저 모아서 사전작업을 해두자.”
우선순위는 고성능형, 즉 연속출력·냉각·강성으로 잡았습니다. 설계 범위는 모터 본체 하우징과 엔드커버, 냉각 재킷입니다.
자료 조사와 조건 정리 → 모터 패키지 모델 → 권선 외곽 보완 → 하우징 수정 → 강성 검토 → 수냉 연계 열변형 검토 순서로 진행했습니다. Codex가 모델링·계산 코드를 작성하고 FreeCAD 및 해석기를 실행하는 방식이었습니다. 모든 형상과 검증이 처음부터 한 번에 완성된 것은 아니고, 결과를 보며 요구사항을 구체화했습니다.
3. 하우징보다 먼저 보완해야 했던 권선 형상
초기 권선 형상은 하우징 상세설계에 쓰기에는 단순화가 컸습니다. 그래서 가장 바깥쪽 권선과 터미널을 포함해 다시 모델링하도록 요청했습니다.
주요 프롬프트
“하우징 상세 설계할려면 모터모델링 필요하겠어. 가장 외곽 권선과 터미널포함해서”
“그럼 실제 양산 모터 자료를 참고해서 권선부터 다시 모델링해줘. 굽힘 반경, 크라운측·용접측 형상과 터미널까지 반영해서 하우징 상세설계에 쓸 수 있게.”
다시 만든 모델에서는 헤어핀 권선의 크라운측, 용접측, 굽힘 형상, 접속부와 터미널 외곽을 표현했습니다. 고정자 내부에 길게 들어가는 도체는 생략하고 외부 엔드권선을 유지했습니다. 전자기 성능보다 하우징과의 간섭·공간 검토가 목적이기 때문입니다.
단, ‘양산 모터를 참고한 외곽 모델’이지 특정 OEM 권선의 정확한 복제 모델은 아닙니다. 굽힘 치수와 터미널 위치에는 가정이 있으며, 도체 간 전기적 연결과 제조 공정까지 검증한 상태도 아닙니다.


[사진 삽입: 03_motor.png]
사진 설명: 하우징 공간 검토에 사용한 모터 외곽 모델. 슬롯 내부의 긴 도체는 생략했다.


[사진 삽입: 04_crown.png]
사진 설명: 크라운측 권선 외곽과 굽힘 형상.


[사진 삽입: 05_weld.png]
사진 설명: 용접측 권선과 접속부·터미널 외곽.
4. 권선과 터미널을 넣기 위해 하우징도 변경
권선 외곽을 보완하니 커버의 공간도 다시 맞춰야 했습니다.
기존 모델 대비 크라운측 외곽 공간은 26 mm, 용접측은 52 mm 확장했습니다. 축과 베어링의 공칭 위치는 유지하면서 외곽이 깊어진 계단형 커버로 구성했습니다. 단자함, 분리형 뚜껑, 주 체결부의 공구 접근 공간도 반영했습니다.
솔리드 유효성, 부품 중첩, 설정한 권선 여유체와의 간섭, STEP 재수입 상태를 확인했습니다. 일부 리브 뿌리와 외곽에는 필렛을 적용했지만, 주조 구배·최종 필렛·국부 두께·씰링까지 양산 수준으로 확정한 것은 아닙니다.
이 단계에서 ‘공간에 들어간다’는 것과 ‘강성·냉각 성능이 충분하다’는 것은 별도로 확인해야 했습니다.
5. 강성 해석: 단자측 보강이 우선
주요 프롬프트
“강성, 열변형 검증을 해서 결과를 보여줘. 단 해석 시간이 너무 걸리지 않도록 설정해줘 최종 양산 적용은 아니고 검토용이니”
시간을 줄이기 위해 실제 CAD 형상의 양쪽 커버를 개별 해석했습니다. 본체와 볼트의 접촉까지 포함한 전체 조립체 해석은 생략했습니다. 재질 후보는 AlSi10MnMg, 탄성계수는 74 GPa로 고정했습니다.
가정 하중은 반경방향 5 kN, 축방향 2 kN입니다. 두 하중은 각각 독립적으로 적용했습니다. 볼트 구멍을 구속한 조건이므로 실제 조립체 강성과는 차이가 있을 수 있습니다.
반경방향 5 kN에서 베어링 중심 이동
• 구동측 DE: 약 0.017 mm
• 단자측 NDE: 약 0.055 mm
반경방향 강성
• DE: 약 291 kN/mm
• NDE: 약 91 kN/mm
축방향 2 kN에서 베어링 중심 이동
• DE: 약 0.042 mm
• NDE: 약 0.058 mm
같은 반경하중에서 단자측 강성은 구동측의 약 31%였습니다. 서로 다른 커버 형상의 비교이므로 이것만으로 합격·불합격을 정할 수는 없지만, 단자측 지지부를 먼저 보강해야 한다는 판단 근거가 됐습니다.
단자측 메시를 8 mm에서 6 mm로 세분화했을 때 주요 변위 차이는 1.3% 이내였습니다. 국부 최대 응력은 약 8~9% 달라져 변위보다 민감했습니다. 초기 강성·열변형 검토의 솔버 9회 계산 합계는 약 68초였습니다. 모델 준비·후처리 시간은 별도입니다.


[사진 삽입: 06_stiffness.png]
사진 설명: 단자측 커버의 초기 강성·열변형 결과. 왼쪽은 반경하중, 가운데는 축하중, 오른쪽은 처음의 가정 온도 조건이다. 각 그림의 색상 범위가 다르다.
6. 수냉은 형상만 넣는 것으로 끝나지 않았다
처음 열변형 검토는 본체 80°C, 베어링 주변 120°C를 입력한 계산이었습니다. 수냉 재킷 형상은 있었지만 유량과 발열량에서 온도를 계산한 결과는 아니었습니다.
이 부분을 확인하면서 다음 질문을 했습니다.
“수냉 생각도 반영되나?”
“계산시간 줄이는 방식으로 해보자”
추가 검토는 다음 방식으로 진행했습니다.
냉각수·본체의 24구간 열회로
→ 실제 커버의 3D 정상 열전도
→ 계산된 온도를 사용한 열변형·열응력
전체 유동 CFD 대신 냉각수 온도 상승, 금속 전도, 추정 대류 열전달을 반영하고 기존 커버 메시를 재사용했습니다.
기준 조건
• 냉각수 입구: 60°C
• 유량: 15 L/min
• 물/에틸렌글리콜 50 vol% 대용 물성
• 하우징 수냉 경로로 들어오는 열: 4·6·8 kW 비교
• 각 커버로 전달되는 열: 전체의 2.5%씩 가정
• 대류 열전달계수: 1,000 W/m²K 기준, 500·2,000도 비교
여기서 6 kW는 모터 출력이 아니라 하우징 냉각 경로로 유입된다고 가정한 열량입니다. 실제 모터의 총 손실이나 수냉·오일 경로의 열 분배를 확정한 값은 아닙니다.
6 kW 기준 결과
• 냉각수 출구: 약 66.6°C
• 베어링 좌면 평균: DE 약 160°C / NDE 약 184°C
• Ø72 좌면 직경 증가: DE 약 0.205 mm / NDE 약 0.242 mm
• 최대 열응력: DE 약 53.9 MPa / NDE 약 59.7 MPa
냉각수 온도 상승이 작더라도 금속 온도가 낮다는 뜻은 아니었습니다. 이번 가정에서는 금속에서 냉각수로 열이 넘어가는 저항과, 길어진 커버의 열전도 경로가 중요하게 나타났습니다.
수냉 때문에 온도가 더 나빠진 것은 아닙니다. 앞서 임의로 입력한 80/120°C를 열전달 계산으로 대체하니 더 높은 온도가 나온 것입니다. 열량·열전달계수와 접촉 조건에 따라 결과가 크게 달라져 실제 운전 온도로 확정할 수는 없습니다.
수냉 연계 솔버 8회 계산 합계는 약 58초, 입력 생성과 결과 읽기까지 포함한 최종 실행은 약 64초였습니다. 높은 온도 조건은 단상 유동·상수 물성 가정의 적용 한계를 함께 봐야 합니다.


[사진 삽입: 07_cooling_summary.png]
사진 설명: 냉각수와 재킷 온도, 유입 열량에 따른 베어링 좌면 온도·직경 변화 비교.


[사진 삽입: 08_cooling_contours.png
사진 설명: 6 kW 시나리오의 온도·열변위·열응력. 위는 DE, 아래는 NDE이며 같은 열의 색상 범위를 통일했다. 미변형 형상에 결과를 표시했다.
7. 아직 미진한 부분
현재까지는 다음 개선 과제를 확인한 상태입니다.
• 단자측 베어링 지지부의 강성 및 열전도 보강
• 수냉 채널 배분·열전달 면적 개선과 압력손실 검토
• 베어링 외륜과 알루미늄 좌면의 열팽창 차이를 고려한 끼워맞춤
• 실측 모터 치수, 실제 축계 하중, 손실맵과 수냉·오일 열 분배 확보
• 고온 탄성계수·볼트 접촉까지 반영한 열간 강성 확인
• 주조 구배, 씰링, 나사·체결력, 실제 HV 커넥터, 피로·진동 검토
특히 앞의 강성값은 탄성계수를 고정한 결과입니다. 이번에 계산한 고온에서 재료 강성이 얼마나 떨어지는지까지 검증한 ‘열간 강성’은 아닙니다. 열응력도 실제 고온 허용응력과 비교해 합격 판정한 상태가 아닙니다.
현재 단계는 ‘검토용 개념설계와 1차 해석을 마치고, 다음 개선 방향을 찾은 상태’로 정리했습니다. 다음 설계 반복에서는 단자측 리브와 유로 변경안을 같은 조건으로 비교하는 것이 우선 과제입니다.
8. 모델 공유와 참고 자료
모델은 본문의 이미지로 먼저 볼 수 있도록 하고, 직접 열어볼 분들을 위해 별도 ZIP으로 공유할 수 있게 정리했습니다.
• EV_Housing_v4.FCStd: 모터 패키지와 변경 하우징
• EV_Motor_Exterior_v3.FCStd: 모터 외곽 모델
• Housing_v4.step: 하우징 부품을 다른 CAD에서 확인할 때 사용
저장 모델은 정적 솔리드입니다. 속성 숫자만 바꾸면 전체가 자동 재생성되는 완전한 파라메트릭 모델은 아닙니다. 형상 재생성에는 별도 코드가 필요합니다.
참고한 자료 일부
• Hairpin Windings: Twists and Bends of a Technological Breakthrough (2024)
https://repository.tudelft.nl/file/File_94a8480e-93ee-4940-b960-68a8a1d00d2d
• 양산 전기차 모터 벤치마킹 자료 (2025)
https://link.springer.com/article/10.1007/s00502-025-01331-3
• 헤어핀 도체 성형 연구 (2024)
https://link.springer.com/article/10.1007/s11740-024-01271-5
• Silafont-36 / AlSi10MnMg 제조사 자료
https://rheinfelden-alloys.eu/legierungen/silafont/
• CalculiX 2.22 매뉴얼
https://www.dhondt.de/ccx_2.22.pdf
본문 이미지는 이번 작업에서 생성한 CAD·해석 결과입니다. 논문의 도면이나 OEM의 내부 제작도면을 그대로 사용한 것은 아닙니다
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