Master's Thesis

Modeling of Selected Thermal Phenomena in Electrical Machines

Final Thesis 6.7 MB

Author of thesis: Bc. Ondřej Pavlásek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Marek Toman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Súkeník

Abstract:

This master's thesis deals with the issue of heat dissipation in electric motors with passive cooling. During the conversion of electrical energy into mechanical energy, thermal losses are generated within the machine, negatively impacting its functionality and lifespan. Although forced cooling via a fan is the standard solution, passive cooling is required in~dusty environments or specific applications. Under these conditions, the~design of~the~machine plays a crucial role, particularly the shape and arrangement of the cooling fins. The thesis primarily focuses on the development of a computational model to determine and subsequently reduce the thermal resistance of the motor housing. Using analytical calculations, the influence of fin geometry on the overall heat dissipation is investigated. The second part of the thesis is devoted to the thermal issues within the~space of the end windings.

Keywords:

Electric motor, passive cooling, heat dissipation, thermal resistance, cooling fins, motor housing, end windings, computational model

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval diplomovou práci na téma Modelování vybraných tepelných dějů v elektrických strojích. Student představil tepelný model čel vinutí, model kostry a ložiskových štítů. Následně byl vysvětlen výpočet a měření teploty na ložiskových štítech a kostře. Student prezentoval taktéž stanovení vhodného počtu žeber. Prezentující také uvedl porovnání výpočtu a měření. Student odpověděl na otázky oponenta. Student také odpověděl na otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (MPC-SVE)

Composition of Committee

Ing. Petr Procházka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Valenta, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Knobloch, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Martiš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
Ing. Marek Toman, Ph.D.

Student se ve své diplomové práci zabýval problematikou modelování vybraných tepelných dějů v elektrických strojích. Konkrétně byla pozornost věnována problematice přenosu tepla mezi vnitřním vzduchem a čely vinutí elektrického stroje a dále problematice odvodu tepla z kostry elektrického stroje s přirozeným chlazením. Jedná se o aktuální problematiku, jejíž znalost má význam při analýze a návrhu elektrických strojů. Výsledky práce mohou být v budoucnu využity například při tvorbě vlastních parametrických tepelných modelů elektrických strojů.

Práce je rozdělena do tří hlavních kapitol plus úvod a závěr. Jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují. V úvodní části práce jsou na potřebné úrovni popsány základní principy přenosu tepla a související fyzikální vztahy, které student následně prakticky využívá v dalších částech práce. Druhá kapitola je zaměřena na tepelnou problematiku prostoru čel vinutí elektromotoru, především na analýzu přenosu tepla mezi vinutím a vnitřním vzduchem.

Za stěžejní část práce považuji třetí kapitolu zabývající se problematikou odvodu tepla z kostry elektrického stroje s přirozeným chlazením. Student zde vytvořil analytický model kostry a aplikoval jej na reálný asynchronní motor, přičemž výsledky výpočtů byly následně porovnány s experimentálními měřeními. Velká pozornost byla věnována také problematice hledání vhodného počtu žeber kostry a analýze vlivu geometrických parametrů na výsledný tepelný odpor. Oceňuji rovněž provedenou citlivostní analýzu jednotlivých parametrů modelu.

Student postupy prací pravidelně konzultoval s vedoucím a k řešení diplomové práce přistupoval zodpovědně a systematicky. Po obsahové stránce považuji práci za velmi kvalitní a s dosaženými výsledky jsem spokojen. Po formální, stylistické i grafické stránce má práce dobrou úroveň. Občas se vyskytují drobné typografické či jazykové nedostatky, ty však nijak významně nesnižují celkovou úroveň práce. Všechny body zadání byly splněny a diplomovou práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 91

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jakub Súkeník

Práce se zabývá problematikou odvodu tepla u elektrických strojů s pasivním chlazením, přičemž je kladen důraz zejména na analýzu tepelného odporu kostry, vliv geometrie chladicích žeber na odvod tepla a na tepelnou problematiku prostoru čel vinutí. Zadání práce zahrnovalo seznámení se se základními vztahy přenosu tepla, vytvoření modelu odvodu tepla z čel vinutí, vytvoření tepelného modelu kostry s přirozeným chlazením a porovnání výsledků modelu s reálnými měřeními.
Práce je logicky členěna do teoretické a praktické části. V úvodních kapitolách autor přehledně popisuje základní mechanismy sdílení tepla a vztahy potřebné pro další výpočty. Následně se věnuje prostoru čel vinutí, kde analyzuje vliv vybraných parametrů na tepelný odpor a přenos tepla do vnitřního vzduchu stroje. Stěžejní část práce tvoří model odvodu tepla z kostry elektrického stroje s přirozeným chlazením. Pozitivně hodnotím, že autor do výpočtu zahrnuje jak konvekci, tak sálání, a že vytvořený model dále využívá k citlivostní analýze a k posouzení vhodného počtu žeber. Práce tak má nejen teoretický, ale i praktický přínos.
Za velmi přínosné považuji porovnání výsledků výpočetního modelu s reálnými měřeními na asynchronním motoru. Autor provedl měření pro více hodnot ztrátového výkonu a výsledky následně využil k ověření vytvořeného modelu. Z odborného hlediska práce poskytuje hodnotné výsledky, které mohou být využity při návrhu pasivně chlazených elektrických strojů. Formální úroveň práce je dobrá, text je převážně srozumitelný a grafické výstupy vhodně doplňují výklad. Po formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni. Některé pasáže by bylo možné formulovat přesněji a stručněji, zejména tam, kde autor popisuje porovnání výpočtového modelu s experimentem. Uvedené připomínky však mají spíše dílčí charakter a nemění celkově velmi dobrý dojem z práce.
Celkově lze konstatovat, že diplomová práce je zpracována na velmi dobré úrovni. Autor prokázal schopnost samostatně řešit technické téma, vhodně pracovat s teoretickými vztahy a aplikovat je na konkrétní problém. Zadání práce bylo splněno a práci doporučuji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Jak by se podle Vás změnil součinitel přestupu tepla, pokud by byl motor provozován v jiné prostorové orientaci, například ve svislé poloze?
  2. V práci je analyzován vliv počtu žeber na tepelný odpor kostry. Jak by se podle Vás změnily závěry při použití jiného materiálu kostry nebo při nuceném proudění okolního vzduchu?
Points proposed by reviewer: 90

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová