고정자 및 회전자 적층: 전기 모터 및 발전기의 핵심 부품

전기 모터 및 발전기는 현대 산업 및 소비자 응용 분야의 기본이며 가전 제품부터 전기 자동차 및 산업 기계에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급합니다. 이러한 장치의 핵심에는 고정자와 회전자라는 두 가지 중요한 구성 요소가 있습니다. 둘 다 일반적으로 고정자 및 회전자 적층으로 알려진 적층 강철 코어를 사용하여 구성됩니다. 이는 효율성 향상, 에너지 손실 감소 및 성능 향상에 중요한 역할을 합니다. 이 기사에서는 고정자와 회전자 적층의 중요성, 제조 공정, 재료, 설계 고려 사항을 살펴봅니다.

1. 고정자 및 회전자 적층 소개

고정자는 전기 모터나 발전기의 고정 부분이고, 회전자는 회전하는 구성 요소입니다. 둘 다 서로 절연된 적층형 적층판(전기 강철의 얇은 시트)으로 구성됩니다. 이러한 적층은 고체 전도성 코어가 교류 자기장에 노출될 때 발생하는 일종의 에너지 소산인 와전류 손실을 최소화하기 때문에 중요합니다. 제조업체는 견고한 금속 블록 대신 라미네이션을 사용하여 전자기 장치의 효율성을 크게 향상시킵니다.

2. 라미네이션을 사용하는 이유

2.1 와전류 손실 감소
전기 모터나 발전기가 작동하면 자기장이 지속적으로 변화하여 코어 소재에 순환 전류(와전류)가 유도됩니다. 견고한 코어에서는 이러한 전류가 열을 발생시켜 에너지 손실을 초래합니다. 적층은 층 사이에 절연을 도입하여 와전류 경로를 차단함으로써 손실을 줄입니다.

2.2 히스테리시스 손실 최소화
히스테리시스 손실은 코어 재료의 자화와 탈자화 사이의 지연으로 인해 발생합니다. 이러한 효과를 최소화하기 위해 보자력이 낮은 고품질 전기강판을 적층에 사용합니다.

2.3 열 성능 개선
라미네이션은 솔리드 코어에 비해 더 나은 열 방출을 가능하게 하여 과열을 방지하고 더 긴 작동 수명을 보장합니다.

3. 고정자 및 회전자 적층에 사용되는 재료

라미네이션에 가장 일반적으로 사용되는 재료는 유리한 자기 특성으로 인해 실리콘강이라고도 알려진 전기강판입니다.

3.1 무방향성 전기강판(NOES)
- 자속이 여러 방향으로 흐르는 용도에 사용됩니다.
- 저항률을 높이고 와전류를 줄이기 위해 2-3%의 실리콘이 함유되어 있습니다.
- 소형 모터 및 발전기에 일반적으로 사용됩니다.

3.2 방향성 전기강판(GOES)
- 방향성 자속(예: 변압기)에 최적화되었습니다.
- 더 나은 자기 특성을 위해 더 높은 실리콘 함량(최대 6.5%).
- 모터에서는 덜 일반적이지만 고효율 응용 분야에 사용됩니다.

3.3 대체 재료
- 비정질 금속: 매우 낮은 코어 손실을 제공하지만 비싸고 부서지기 쉽습니다.
- 연자성 복합재(SMC): 복잡한 형상이 필요한 특수 응용 분야에 사용됩니다.

4. 고정자 및 회전자 적층의 제조공정

라미네이션 생산에는 몇 가지 주요 단계가 포함됩니다.

4.1 블랭킹/펀칭
- 전기 강철 코일은 스탬핑 기계에 공급됩니다.
- 정밀 다이를 사용하여 원하는 적층 모양(고정자 슬롯, 회전자 바 등)을 잘라냅니다.

4.2 열처리(어닐링)
- 스탬핑으로 인한 내부 응력을 줄입니다.
- 입자구조를 정렬하여 자기특성을 향상시킵니다.

4.3 절연코팅
- 층간 단락을 방지하기 위해 얇은 절연층(예: 산화물, 바니시 또는 인산염 코팅)을 적용합니다.

4.4 스태킹 및 본딩
- 라미네이션은 용접, 리벳팅 또는 접착제를 사용하여 적층되고 고정됩니다.
- 성능을 저하시키는 공극을 방지하려면 적절한 정렬이 중요합니다.

5. 고정자 및 회전자 적층에 대한 설계 고려 사항

5.1 코어 두께 및 적층 수
- 얇은 라미네이션은 와전류를 감소시키지만 제조 복잡성을 증가시킵니다.
- 일반적인 두께 범위는 0.1mm ~ 0.65mm입니다.

5.2 슬롯 및 톱니 디자인
- 고정자 슬롯은 구조적 무결성을 유지하면서 권선을 수용해야 합니다.
- 로터 라미네이션에는 농형 유도 모터용 바가 포함될 수 있습니다.

5.3 로터 스큐
- 기울어 진 로터 적층은 모터의 코깅 토크와 소음을 줄입니다.

6. 고정자 및 회전자 적층의 응용

- 전기모터(AC/DC) : 산업기계, EV, 가전제품에 사용됩니다.
- 발전기: 풍력 터빈, 수력 발전소, 백업 전력 시스템에서 발견됩니다.
- 변압기: 모터는 아니지만 효율성을 위해 적층 코어를 사용합니다.

7. 적층 기술의 미래 동향

- 더 얇은 라미네이션: 재료의 발전으로 초고효율을 위해 0.1mm 미만의 라미네이션이 가능해졌습니다.
- 레이저 절단: 정밀도와 유연성을 위해 기존 스탬핑을 대체합니다.
- 적층 제조: 맞춤형 디자인을 위한 3D 프린팅 라미네이션 탐색.

8. 결론

고정자와 회전자 적층은 전기 모터와 발전기의 효율적인 작동을 위해 필수적입니다. 와전류를 줄이고 열 성능을 개선하며 정밀한 전자기 상호 작용을 가능하게 하는 이러한 구성 요소는 현대 전기 기계가 에너지 손실을 최소화하면서 고성능을 제공하도록 보장합니다. 기술이 발전함에 따라 재료 및 제조 분야의 혁신으로 적층 코어의 기능이 더욱 향상되어 전 세계 산업에서 에너지 효율적인 솔루션에 대한 수요 증가를 지원할 것입니다.

이 포괄적인 개요는 전기 기계 시스템에서 고정자와 회전자 적층의 중요한 역할을 강조하고 설계, 재료 및 제조 공정을 강조합니다. 이러한 요소를 이해하는 것은 미래 응용 분야를 위한 모터 및 발전기 기술을 발전시키는 데 핵심입니다.

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