스테이터 철심과 권선, 왜 축방향 자속 모터 양산의 걸림돌인가?

Q: 스테이터 철심과 권선, 왜 축방향 자속 모터 양산의 걸림돌인가?

자속이 축 방향으로 디스크형 스테이터를 관통해야 하는데, 전통적 펀치 적층 공정은 무용지물이 되고 방향성 규소강을 링으로 말아 슬롯을 밀링하면 결정립 방향성이 파괴된다. 스테이터와 권선은 축방향 자속 양산에서 가장 단단한 골칫거리가 되었다.

많은 사람이 축방향 자속 모터를 볼 때, 첫눈에 자석과 로터를 응시하지만, 진짜 양산을 가로막는 것은 사실 스테이터다. 방사형 모터의 스테이터는 전기 강판을 축방향으로 펀칭·적층·치형을 내면 그만인 수십 년 성숙 공정으로, 품질이 안정적이고 원가가 통제 가능하다. 축방향 자속 모터의 스테이터 치는 평면 원판 위에 방사상으로 배치되며, 자속이 축방향으로 관통해야 하므로 옛 방법은 아예 통하지 않는다. 어떤 이는 방향성 규소강대를 링으로 말아 다시 홈을 밀링하려 했는데, 홈을 내는 순간 결정립 방위가 파괴되고 절삭 응력 손실이 들어가 자기 성능이 크게 깎인다.

이에 업계는 SMC(연자성 복합 재료)에 희망을 걸었다. 분말야금으로 압착한 SMC는 등방성 자기 응답이 평면 자로에 딱 맞아 방향성 문제를 피해 갔지만, 그 투자율과 기계적 강도는 아직 고급 전기강판을 따라잡지 못해 두 소재 사이에는 항상 한 단계 차이가 난다. SMC로 압착 성형하려면 금형과 압착 공정도 새로 터득해야 해 단기적으로 비용을 낮추기도 어렵다.

극좌표 구조와 자속 방향 Polar Coordinate Structure and Flux Direction

골치 아픈 것은 소재에만 있는 것이 아니다. 쌍로터 단스테이터 같은 흔한 토폴로지에서는 스테이터 내부 공간이 좁아 전통적 권선 노즐이 들어갈 수 없고, 분할 치마다 먼저 각각 권선한 뒤 다시 하나의 원판으로 조립해야 한다. 분할 치 사이에는 자로 연속성과 슬롯 입구 정렬이 보장되어야 하며, 어느 한 조각의 위치 편차라도 공극과 역기전력에 반영되어 조립 정밀도에 극히 엄격한 요구를 던진다.

축방향 자속 모터 단면 구조 Axial-Flux Motor Section Structure

스테이터와 권선은 이렇듯 축방향 자속 모터 양산 길목에서 피할 수 없는 두 고비가 되었다. 지우주가 관련 라인 방안에서 가장 공을 들이는 것도 바로 스테이터 공정이다 — 분할 치의 조립, 권선, 합체 정밀도를 어떻게 안정화할 것인가는 로터 구간의 자석 부착보다 더 까다로운 공정 실력의 시험대다. 어느 쪽의 스테이터 공정이 먼저 성숙하느냐가 이 기술 규모화의 열쇠를 쥐는 셈이다.

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