축방향 자속 모터에서 발생하는 그 "당기는 힘’이 베어링을 파손시킬 수도 있을까요?

고정자와 회전자는 서브밀리미터 단위의 공기 틈으로 분리되어 있으며, 양쪽 자석과 철심 사이에는 수 톤급의 축방향 인력이 작용합니다. 공기 틈에 힘이 고르지 않게 가해지면 한쪽의 인력이 기하급수적으로 증폭되어 베어링과 외장의 강성이 심각한 시험대에 오르게 됩니다.

축방향 자속 모터에서 발생하는 그 ”당기는 힘”이 베어링을 망가뜨릴 수도 있을까요?

축방향 자속 모터에서 가장 골치 아픈 기계적 문제는 고정자와 회전자 사이에 숨어 있습니다. 이 둘은 불과 1mm, 심지어 그보다 더 얇은 공기 틈으로만 분리되어 있으며, 양쪽의 자석과 철심 사이에는 수 톤에 달하는 축방향 인력이 작용합니다. 이는 마치 두 개의 강력한 자석이 공중에 떠서 서로 마주 보고 있는 것과 같으며, 조금만 어긋나도 가까이 있는 쪽의 인력이 급격히 증폭된다.

에어갭에 수십 마이크로미터의 불균일성이 발생하기만 해도 한쪽의 하중이 기하급수적으로 증가하며, 경미한 경우에는 로터 디스크가 휘어지고 변형되며, 심각한 경우에는 직접 ”고착”되어 로터가 고정자에 충돌하게 됩니다. 이 정도 규모의 흡입력은 육안이나 촉감으로는 도저히 감지할 수 없으며, 이상 소리가 들릴 때쯤이면 이미 늦은 경우가 많습니다. 따라서 베어링과 하우징은 여기서 조연이 아니라 생명을 지키는 구조물입니다. 베어링의 경우, 일반적인 깊은 홈 볼 베어링은 이러한 축방향 추력을 견디지 못하므로, 대개 높은 축방향 하중을 견딜 수 있는 앵귤러 콘택트 볼 베어링이나 이중 열 원추 롤러 베어링으로 교체하여 더 큰 하중 수용 능력으로 그 당기는 힘을 감당해야 합니다.

외장은 더욱 견고해야 합니다. 모터가 작동 중일 때, 그 축방향 흡인력은 외장에 지속적으로 작용하는 굽힘 모멘트로 변하게 되는데, 일반 스탬핑 부품으로는 도저히 견딜 수 없으므로 고강도 항공기용 알루미늄 합금이나 토폴로지 최적화 주조 구조를 사용하여 변형량을 허용 가능한 범위 내로 제어해야 합니다. 축방향 자속 모터의 기계 설계에 있어, 설계 작업의 상당 부분은 바로 이 흡인력과 맞서 싸우는 데 할애된다고 할 수 있으며, 베어링과 하우징의 선정은 이 모터가 어느 정도의 출력을 견딜 수 있고, 어느 정도의 회전 속도를 낼 수 있는지를 직접적으로 결정합니다.

축방향 자속 모터의 분해도 Axial‑Flux Motor Exploded View

이러한 구조상의 비용은 절약할 수 없습니다. 지우주(久巨)가 이러한 모터를 조립할 때, 기隙의 대칭도는 필수 검사 항목입니다. 양쪽의 간격이 고르지 않으면 단순히 회전 여부의 문제가 아니라, 모터가 고착되었을 때 그 책임을 누가 질 것인지의 문제가 됩니다. 조립 장비가 해야 할 일은 양쪽 에어갭이 조립되는 순간부터 균일하게 자리 잡도록 보장하는 것이며, 그래야 비로소 안정성을 논할 수 있습니다.

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