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고온에서의 DC 모터

맥슨의 카탈로그와 기술 사양에 익숙한 사람들은 당사의 모터에 명시된 최고 주변 온도와 권선 온도가 있다는 것을 알 것입니다. 대부분의 DC 모터는 최대 주변 온도가 85⁰C에서 100⁰C 사이이고 최고 권선 온도는 100⁰C에서 125⁰C 사이입니다. 왜 그럴까요?

첫째, 주변 온도와 권선 온도 사이의 차이 때문입니다. 입력 전원은 전압(V)과 전류(A)로 나누어집니다. 전압은 속도를 결정하고 전류는 토크를 결정합니다. 모터가 사용 중일 때 전류는 권선에서 열을 발생시킵니다. 이는 모터가 높은 주변 온도에서 작동하도록 명시되어 있는 경우 일반 작업장 온도에서처럼 열심히 작동할 수 없다는 것을 의미합니다. 그렇지 않으면 소진될 것입니다.

열과 관련된 문제는 무엇일까요?

모터 내부에는 영구 자석과 전자석에 의해 발생한 자기 회로와 모터 권선이 있습니다. 영구 자석과 권선은 모두 열의 영향을 받습니다. 네오디뮴 자석은 약 160⁰C의 온도에서 무여자되기 시작하여 약해집니다. 유감스럽게도 모터를 냉각시켜도 그 반대 효과가 나타나지 않습니다. 즉 영구 손상이 발생합니다. 권선에는 안정성과 절연성을 제공하는 절연 도료가 도포되어 있습니다. 온도가 160⁰C 이상으로 높아지면, 그 도료가 부드러워지고 권선은 변형될 수 있으며, 그에 따라 마찰이 일어나 절연이 마모되고 그로 인해 단락이 발생하고 모터에 고장이 발생합니다. 상당히 높은 온도로 상승하면 도료와 절연부를 녹여서 다시 단락이 발생하게 됩니다. 결과는 항상 똑같습니다. 즉 모터가 파손됩니다.

맥슨의 고온 모터

석유나 천연가스 또는 지열 에너지를 얻기 위해 시추하는 것과 같이 온도가 높은 곳에서 모터를 사용 하거나 항공기 엔진에서 밸브 액추에이터를 사용하고자 하는 것 같은 환경이 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 맥슨에는 이러한 환경에 적합하게 설계한 다양한 DC 모터가 있습니다. 브러시리스 HD(Heavy Duty) 제품군은 최고 200⁰C의 주변 온도와 240⁰C의 최고 권선 온도에서 작동할 수 있습니다.

이러한 모터는 이와 같은 고온에서 어떻게 작동합니까?

맥슨의 HD 모터에 장착된 자석은 사마륨 코발트(Samarium Cobalt: SmCo)로 제조한 것입니다. 사마륨 코발트 희토류 자석은 상당히 높은 온도에 도달하여도 무여자되지 않습니다. 권선에 사용된 구리선에도 고온에 적합한 절연부가 있습니다. 끝으로, 함침 도료는 상당히 높은 온도에 적합하므로 권선은 작동 온도 범위 내에서 계속하여 안정적인 상태를 유지합니다.

왜 모든 모터가 고온에 도달할 수는 없습니까?

고온 모터를 제조하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 구리선에 절연을 강화하면, 그 구리선은 대단히 단단해져 권선을 만들기가 훨씬 더 어려워집니다. 또한 이러한 구리선이 모든 권선 패턴을 만들 수 있는 것도 아닙니다. 또 다른 이유는 비용입니다. 특수 재료가 많을수록 비용이 많이 듭니다. 사람들은 왜 필요하지 않은 애플리케이션에 더 전문화되고 고가의 모터를 원할까요?

대용량 애플리케이션에 제한된 HD 범위에 적합한 모터가 없는 경우, 맥슨은 더 높은 온도가 필요한 프로젝트를 위해 표준 모터를 업그레이드할 수 있습니다. 또 맥슨은 권선의 생산 가능성을 조사하고 생산 규모의 권선 배치를 생성하여 와이어로 충분히 높은 수익을 얻을 수 있도록 할 것입니다. 끝으로, 그 총수익이 충분하면 견본 모터를 제조할 것이며, 기술적 사양을 승인할 것입니다.

애플리케이션이 주변 온도 한계를 넘는 경우, 어떻게 합니까?

맥슨의 담당 기술 영업 엔지니어에게 문의하십시오. 당사의 모든 직원은 올바른 환경에서 올바른 애플리케이션에 적합한 올바른 제품을 구체적으로 명시할 수 있는 교육을 받았습니다.

먼저 저희는 애플리케이션에 대한 일련의 질문을 할 것입니다. 출력에 필요한 속도와 토크는 얼마입니까?  모터에는 어떤 듀티 사이클이 가능합니까? 사용하는 입력 전원은 무엇입니까? 그런 다음 환경, 온도, 충격/진동 등을 살펴봅니다. 또한 다른 제한 사항, 공간 포락면, 질량 등을 조사할 것입니다. 일단 이러한 모든 데이터를 수집한 후, 솔루션을 제공하기 위해 가능한 옵션을 검토하기 시작할 것입니다.

고온에서 사용해야 할 경우, 모터가 사용 중 연소되지 않도록 하기 위해 열분석을 수행해야 합니다. 당사는 구체적인 주변 온도를 기반으로 하여 듀티 사이클 전체에 걸쳐 속도 및 토크 프로파일을 분석합니다. 당사가 사용하는, 맥슨이 개발한 소프트웨어는 권선 온도를 포함하여 중요한 정보를 제공합니다. 최고 권선 온도에 도달했거나 초과했습니까? 사용 주기 내에 이를 냉각시킬 수 있는 시간이 충분합니까? 여러 주기 후에도 계속 최고 권선 온도 아래로 유지됩니까?

당사의 교육과 공구를 이용하는 경우에만, 당사는 당사에서 확신하고 요구 사항을 충족시킬 수 있는 솔루션을 구체적으로 명시할 것입니다.

Author: Andrew Gibson

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