축방향 자속 모터가 힘을 내려면, 왜 탄화규소 인버터가 필수일까?

다극 구조는 고주파 기본파를 가져오며, 만 회전 시 기본 주파수는 수천 헤르츠에 이른다. 전통적인 IGBT는 스위칭 손실이 급증하고 발열이 심각한 반면, 탄화규소(SiC) MOSFET의 메가헤르츠급 스위칭 능력이 고주파 다극 축방향 자속 모터에 알맞은 파트너다.

축방향 자속 모터의 축방향 인장력은, 스러스트 베어링과 예압으로 받쳐낸다

축방향 자속 모터의 공극은 0.x mm에 불과하지만 자석 흡인력은 매우 크다. 쌍로터가 스테이터를 끼우면 두 로터가 스테이터에 지속적인 축방향 자기 인장력을 가하여, 가벼우면 진동을 부르고 심하면 디스크 마찰이나 심지어 걸림을 일으킨다. 이 힘은 결국 베어링 시스템이 짊어져야 한다.

일반 딥 그루브 볼 베어링은 주로 반경 방향 하중을 받고 축방향 하중 능력이 제한적이다. 축방향 자속 모터에는 축방향 힘을 정면으로 받아낼 수 있는 베어링 — 앵귤러 콘택트 볼 베어링, 스러스트 볼 베어링, 또는 이를 분담하게 쌍으로 배치하는 방식 — 이 필요하다. 기종 선택 시 반경 방향 회전수만 보아서는 안 되며 축방향 하중이 핵심 항목이다.

쌍로터 끼움 스테이터 축방향 자기 인장력 원리도 Axial Magnetic Force Schematic, Dual-Rotor Clamped-Stator

예압은 또 다른 관문이다. 베어링에 틈이 있으면 축방향 자기 인장력이 작용할 때 로터가 축 방향으로 움직이고 공극이 흔들린다. 적절한 예압을 가해 로터의 축 방향 위치를 고정해야 공극이 안정된다. 하지만 예압이 지나치게 크면 마찰 발열과 마모가 커지고, 너무 작으면 움직임을 억제하지 못하므로 실제 작동 조건에 맞춰 중간값을 취해야 한다. 다판 또는 고속 상황일수록 더 민감하다. 축방향 힘은 회전수와 온도에 따라 변하므로 예압력 설계에 여유를 두어야 한다. 윤활 그리스와 리테이너도 고속 안정성에 영향을 주므로 아무렇게나 하나를 골라 붙이는 것이 아니다.

쌍 배치 베어링 하중 개략도 Force Schematic of Paired Bearing Arrangement

지우주는 라인 조립 시 베어링 압입력, 예압량, 축 방향 유격을 필수 점검 항목으로 두고 스테이터·로터 합체 공정과 연계해 로터의 축 방향 위치를 정확히 고정하여 자기 인력이 조립 편차를 층층이 증폭시키는 것을 막는다. 축방향 자속 모터의 베어링은 범용품으로 대충 고르는 것이 아니며, 축방향 힘과 예압을 함께 계산해야 비로소 축방향 자기 인장력을 받아낸 것이 된다.

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