자석 선택 시 가장 흔히 저지르는 실수 축 자속 모터는 등급 테이블에서 시작하는 것입니다. 먼저 잔류성을 살펴본 다음 최대 작동 온도를 살펴보고 BOM에 넣을 수 있을 만큼 '충분히 좋은' 등급을 선택합니다. 그러나 축-자속 구조에서는 이 순서가 정확히 반대입니다. 회전자 자석 온도는 자석 자체에 의해 결정되지 않습니다. 이는 토폴로지, 냉각 및 작동 조건에 따라 자석에 부과됩니다. 실제 선택의 출발점은 단락, 과부하 및 핫스팟이 겹쳐지는 최악의 경우에 자석이 얼마나 뜨거워질 것이며, 그 온도에서 역자기장을 계속 견딜 수 있는지 명확하게 묻는 것입니다.
축방향 자속의 자기소거 위험은 구조에 '기록'되어 있습니다.
축방향 자속 모터의 판매 포인트는 명확합니다. 동일한 출력에서 방사형 모터에 비해 무게와 축 길이를 절반으로 줄일 수 있습니다. 그러나 이러한 소형화에는 열 비용이 발생합니다.
이중 고정자 단일 회전자 토폴로지에서는 회전자가 두 고정자 사이에 끼워져 있으므로 회전자와 공기 사이의 직접적인 접촉 면적이 크게 줄어들고 열 방출 경로가 본질적으로 좁습니다. 동시에 자석 자체는 교류 자기장에서 와전류 손실을 생성하고 이 열은 영구 자석 내부에서 직접 방출됩니다. 회전자의 자체 발열에 중첩된 고정자의 열복사로 인해 지속적인 고전력 조건에서 자석 온도가 위험한 경계에 쉽게 도달하거나 심지어 이를 넘을 수도 있습니다. 업계 분석에서 되풀이되는 판단은 샌드위치 구조와 축방향 자속 모터의 높은 출력 밀도로 인해 열 용량이 극도로 낮아져 회전자 자석이 '과열되기 매우 쉽다'는 것입니다.
따라서 축방향 자속을 위한 자석 선택은 단순히 방사형 모터의 경험을 모방할 수 없습니다. '로터는 샤프트와 끝의 공기를 통해 냉각됩니다'라는 방사형 모터의 직관은 기본적으로 디스크 유형 토폴로지에서는 실패합니다.
감자에서 실제로 일어나는 일: 가역성과 비가역성 사이의 경계
선택을 이해하려면 두 가지 온도 개념만 이해하면 됩니다.
가역적 자기소거는 자석의 일반적인 '열 감쇠'입니다. 온도가 상승함에 따라 잔류성은 선형적으로 감소하며, 냉각 후에는 영구적인 손상 없이 회복됩니다. NdFeB는 주로 120°C 미만의 이 범위에서 작동합니다. 문제는 120°C 이상에서 나타납니다. 가역적 붕괴의 기울기가 더욱 중요해지고, 더욱 결정적으로는 비가역적 자기소거의 경계가 가까워집니다..
되돌릴 수 없는 자기소거에 대한 물리적 기준은 무릎점 입니다 . 감자 곡선은 두 번째 사분면에 변곡점을 갖습니다. 무릎 지점 위의 작동 지점은 안전합니다. 외부 역자기장이 작동점을 무릎점 아래로 밀면 외부 자기장이 제거된 후에도 자석이 돌아올 수 없으며 잔류성이 영구적으로 손실됩니다. 온도 상승의 결과는 두 가지입니다. 즉, 잔류성이 감소하고 동시에 무릎 점이 오른쪽(더 낮은 자기장 방향)으로 이동합니다 . 이는 동일한 역 자기장이 고온에서 무릎 점을 통과할 가능성이 더 높다는 것을 의미합니다. NdFeB의 경우 엔지니어링 실무에서는 일반적으로 약 150°C를 비가역적 자기소거의 중요한 영역으로 간주합니다 . 이 수준 이상에서는 자기 성능이 완전히 손실될 위험이 더 이상 무시할 수 있는 작은 확률의 사건이 아닙니다.
자석 등급의 문자 접미사는 기본적으로 니 포인트가 오른쪽으로 충분히 멀리 유지될 수 있는 온도를 지정합니다 . 일반적인 대응은 다음과 같습니다. SH는 약 150°C, UH는 180°C, EH는 200°C, AH는 220°C에 해당합니다. 하지만 매우 쉽게 오해할 수 있는 점이 있습니다. 접미사로 표시된 온도는 특정 투자율 계수 교정 조건 에서 재료의 온도 저항입니다. 자석이 모터에 설치된 후 자동으로 얻는 '최대 작동 온도'가 아니라 동일한 UH 자석은 잘 냉각된 프로토타입에서 130°C에서 연속적으로 작동할 수 있지만 샌드위치 냉각이 충분하지 않은 대량 생산 부품에서는 핫스팟이 직접 170°C 이상으로 급증할 수 있습니다.
사마륨 코발트: 대체 옵션이지만 비용을 명확하게 계산해야 함
NdFeB의 온도 마진이 실제로 불충분할 때 SmCo는 엔지니어링에서 피할 수 없는 대안입니다. SmCo는 온도 저항이 훨씬 더 높습니다. 많은 등급이 의 응용 분야에 사용될 수 350°C 수준 있으며 퀴리 온도도 700~850°C 범위에 있어 NdFeB의 310~350°C보다 훨씬 높습니다. 고온 영역에서 온도에 따른 SmCo의 비가역 감자 곡선의 기울기도 NdFeB의 기울기보다 훨씬 평평합니다.
하지만 동시에 SmCo의 비용도 고려해야 합니다. 일반적인 잔류성은 0.95–1.1 T 범위에 있는 반면 NdFeB는 1.1–1.4 T에 도달할 수 있습니다. 최대 에너지 곱은 일반적으로 25%~30% 낮습니다. NdFeB보다 이는 동일한 에어 갭 자속 밀도를 달성하려면 SmCo 자석이 더 두껍고 무거워야 하며, 이는 결국 축 자속 기계의 이미 좁은 축 공간을 침해하고 회전자 관성 및 와전류 손실을 증가시킬 수도 있음을 의미합니다. SmCo는 또한 더 비싸고 공급망 성숙도와 배송 유연성이 NdFeB만큼 좋지 않습니다. 따라서 열 검사에서 'EH/AH로 업그레이드된 NdFeB도 유지할 수 없다'는 것이 명확하게 표시되지 않는 한 SmCo를 사용하여 온도 마진을 '구매'하는 것은 종종 무게, 비용 및 전력 밀도의 3배 이상을 지불하는 거래입니다..
올바른 선택 순서: 자석 온도에서 등급 추론
축 자속을 위한 실행 가능한 온도 기반 자석 선택 프로세스는 등급 표에서 시작하는 대신 아래 순서를 따라야 합니다.
1단계: 먼저 냉각을 정의한 다음 등급을 논의합니다. 축방향 자속 기계의 회전자 냉각 방법은 자석 온도의 '바닥'을 직접 결정합니다. 공기 냉각은 간단하고 기생 손실이 낮지만 공기의 열전도율과 비열 용량은 제한되어 있으며 냉각 능력은 속도와 환경에 크게 좌우됩니다. 오일 냉각은 축방향 플럭스에서 매우 기대됩니다. 실험 데이터에 따르면 합리적인 오일 냉각 방식은 순수 냉각보다 최대 온도를 15~20°C 더 낮출 수 있지만 오일 냉각의 '열 운반'은 '열 제거'와 동일하지 않습니다. 디스크형 구조의 가장자리와 중앙 사이의 온도 차이는 여전히 30-50K 에 도달할 수 있으며 국부적인 핫스팟은 감자 검증의 대상입니다. 냉각 계획이 동결되기 전에는 모든 등급 선택에 신뢰할 수 있는 전제가 부족합니다.
2단계: 온도 점검에 단락 조건을 입력합니다. 정상 작동 시 온도는 기준일 뿐입니다. 감자 검증은 컨트롤러 결함이나 권선 단락으로 인해 생성된 역자기장을 다루어야 하며, 이 점검은 해당 조건에서 자석이 도달할 수 있는 최고 온도 에서 수행되어야 합니다 . 문헌의 설계 기준은 간단합니다. 최저 온도에서 3상 단락 전류 이후에 돌이킬 수 없는 자기소거를 방지하도록 자석 두께를 선택해야 합니다. 보다 일반적으로 말하면, 최악의 온도와 최악의 감자장이 중첩된 상태에서 동작점이 변곡점 아래로 떨어지지 않는지 확인하는 것이 필요합니다.
3단계: '실제 자석 온도 + 단락 감자장'을 사용하여 등급 접미사를 확인합니다. 냉각 방식과 전자기 설계에 의해 주어진 자석 핫스팟 온도가 정도 140~150°C 이고 단락 자기소거장이 심각하지 않은 경우 SH가 후보 목록에 포함될 수 있습니다. 핫스팟이 160°C 에 접근하거나 초과하면 UH가 더 신뢰할 수 있는 시작점입니다. 핫스팟이 180°C 이상에 도달하면 EH 또는 더 높은 등급을 심각하게 평가하거나 냉각 설계 자체를 재고해야 합니다. 여기서의 논리는 다음과 같습니다. 접미사는 '성능 수준'이 아니라 '주어진 온도에서 무릎 지점을 보존하기 위한 기능 수준'입니다. 접미사가 높은 등급(UH/EH)의 비용은 일반적으로 약간 낮은 잔류성 또는 더 높은 중희토류 추가입니다. 그것은 무료 보험이 아니다.
4단계: 회전자 분할과 자석 구조를 사용하여 온도에 대한 '부하를 줄입니다'. 자석 선택은 고립된 재료 결정이 아닙니다. 축방향 자속 회전자 자석의 와전류 손실은 와전류 경로 길이 및 자석 표면의 표면적과 직접적인 관련이 있으며 영구 자석 분할은 와전류 손실을 줄이고 온도 상승을 억제하는 효과적인 수단입니다. 등급이 이미 결정되어 있고 온도 마진이 엄격한 경우 분할 최적화를 통해 자석 자체의 발열을 줄이는 것이 단순히 등급 접미사를 한 단계 높이는 것보다 경제적일 수 있으며 토크 밀도를 유지하는 데에도 더 도움이 됩니다.
실용적인 판단선
이 기사를 한 문장으로 압축하여 설계 검토에 포함하려면 다음과 같습니다. 축 자속 회전자 자석의 등급을 '선택'해서는 안 됩니다. 그것은 '계산'되어야 합니다. 먼저 냉각 및 단락 조건을 사용하여 자석이 도달할 온도를 계산한 다음 해당 온도를 사용하여 무릎 지점을 찾아보고 마지막으로 접미사를 결정합니다.
NdFeB의 경우 120°C 는 가역적 붕괴가 심각해지기 시작하는 관찰 지점이며, 150°C 부근은 비가역적 감자 위험이 심각하게 검증되어야 하는 수준에 들어가는 영역입니다. 이 두 숫자는 등급표의 '최대 작동 온도'가 아닙니다. 오히려 축방향 플럭스의 샌드위치 구조에서는 방사형 기계보다 온도 마진이 더 빨리 사라진다는 점을 설계자에게 상기시킵니다. 온도를 등급의 대상이 아닌 선택 대상으로 취급하는 것은 탈자화가 재료 문제에서 시스템적 신뢰성 격차로 전환되는 것을 방지하는 것입니다.
