전기 자동차의 주행 거리는 배터리 활용도와 견인 모터 코어의 효율성에 크게 좌우됩니다. 고속 EV 모터의 근본적인 엔지니어링 충돌에는 높은 RPM에서 극심한 원심력을 견디는 데 필요한 기계적 항복 강도를 유지하면서 고주파수 코어 손실을 최소화하는 것이 포함됩니다. 파워트레인 설계자와 조달 팀은 복잡한 균형 작업에 직면해 있습니다. 올바른 매개변수를 지정해야 합니다. 전기강판 . 전체 모터 성능을 최적화하는 이 기술 평가 가이드에서는 고효율 견인 모터를 구축하기 위해 등급 선택, 적층 두께, 투자율 및 제조 가능성의 균형을 맞추는 방법을 자세히 설명합니다. 테스트 벤치와 조립 라인에서의 성공을 좌우하는 정확한 재료 특성을 살펴보겠습니다. 엔지니어링 팀은 기계적 무결성과 자기 효율성 간의 균형을 이해함으로써 특정 모터 토폴로지에 필요한 정확한 적층을 지정할 수 있습니다.
등급 선택이 토폴로지 성공을 결정합니다. 무방향성 전기강판은 여전히 견인 모터의 표준이지만, 높은 모터 속도에서 열과 효율성을 관리하려면 특정 고주파 등급이 필요합니다.
두께의 균형: 더 얇은 라미네이션(예: 0.25mm ~ 0.10mm)은 와전류 손실을 기하급수적으로 줄이지만 스탬핑 복잡성, 도구 마모 및 제조 주기 시간을 크게 증가시킵니다.
기계적 대 자기적 타협: 고속 회전자 설계에는 항복 강도가 높은 전기 강철이 필요하며 이는 전통적으로 투자율을 저하시킵니다. 최신 이중상 또는 특수 고강도 등급을 평가하는 것이 중요합니다.
토폴로지별 사양: 모터 설계(예: IPMSM 대 유도 대 축 자속)에 따라 우선 순위가 높은 투자율(토크 밀도)인지 초저 코어 손실(높은 RPM 효율성)인지 결정됩니다.
총 품질 비용: 재료 선택은 공급망 확장성, 코팅 호환성 및 열 스트레스 하에서의 장기적인 운영 신뢰성과 분리될 수 없습니다.
목차
EV 트랙션 모터의 기본 성능 지표에는 토크 밀도, 주행 사이클 전체의 최대 효율 및 열 안정성이 포함됩니다. 이러한 성공 기준은 고정자 및 회전자 코어의 자기 특성에 크게 좌우됩니다. 올바른 재료를 선택하면 모터가 낭비를 최소화하면서 전기 에너지를 기계 에너지로 변환할 수 있습니다. 모터 설계를 평가할 때 코어 재료는 구리 권선에 의해 생성된 자속의 기본 도관 역할을 합니다. 이 도관이 비효율적이면 전체 파워트레인에 문제가 발생하여 동일한 휠 토크를 달성하기 위해 배터리에서 더 많은 전류를 끌어옵니다.
높은 투자율을 통해 재료는 최소한의 적용 전류로 강한 자기장을 지원할 수 있습니다. 이 속성은 주어진 전기 입력에 대해 더 높은 토크 출력으로 직접 변환됩니다. 코어 소재가 높은 투자율을 나타내면 모터가 더 많은 회전력을 생성합니다. 포화 자화는 모터 크기와 무게에도 영향을 미칩니다. 포화 한계가 높은 재료를 사용하면 엔지니어는 전력 밀도를 희생하지 않고도 더 작고 가벼운 모터를 설계할 수 있습니다. 이러한 중량 감소는 차량의 전반적인 효율성과 주행 거리를 직접적으로 향상시킵니다. 실제로 포화점이 1.8 Tesla가 아닌 1.6 Tesla인 등급을 지정하는 경우 필요한 자속을 전달하기 위해 고정자 톱니의 물리적 크기를 늘려 차량 섀시에 자중을 추가해야 할 가능성이 높습니다.
총 코어 손실은 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 구성됩니다. 히스테리시스 손실은 재료의 입자 구조와 순도에 따라 달라집니다. 이는 교류 전류가 자기장을 반전시킬 때 자기 도메인이 재정렬에 저항하기 때문에 발생합니다. 와전류 손실은 작동 주파수와 재료 두께에 따라 달라집니다. 고속 모터는 라미네이션 내에서 순환 전류를 유도하여 원치 않는 열을 발생시킵니다. 총 철 손실을 최소화하면 발열이 줄어듭니다. 이는 복잡한 냉각 시스템에 대한 요구 사항을 낮추고 차량 추진을 위한 배터리 에너지를 보존합니다. 특정 주파수에서 이러한 손실을 킬로그램당 와트(W/kg)로 측정할 수 있으며, 일반적으로 최신 EV 애플리케이션의 경우 400Hz 이상으로 평가됩니다.
다양한 회전자 및 고정자 구성에는 특정 재료 분류가 필요합니다. 주요 재료 옵션을 비교하면 엔지니어가 강철 등급을 모터의 작동 요구 사항에 맞추는 데 도움이 됩니다. 모터 코어 사양에 일률적인 접근 방식을 적용할 수는 없습니다. 자속 경로의 물리적 기하학적 구조에 따라 필요한 재료 특성이 결정됩니다.
비지향적 전기강판은 회전 기계의 기본 선택입니다. 이는 등방성 자기 특성을 가지며, 이는 자속이 모든 방향에서 동일하게 잘 전도된다는 것을 의미합니다. 이는 표준 방사형 자속 견인 모터의 회전 자기장에 필수적입니다. 결정립 소재는 특정 압연 방향에서 우수한 투과성을 제공합니다. 변압기에는 유용하지만 일반적으로 표준 EV 모터에는 적합하지 않습니다. 특정 분할 고정자 설계와 같은 일부 실험적 토폴로지는 입자 지향 재료를 활용하려고 시도하지만 제조 복잡성으로 인해 광범위한 채택이 제한됩니다.
재료 유형 |
자기적 성질 |
주요 EV 애플리케이션 |
제조 복잡성 |
|---|---|---|---|
비지향성(NOES) |
등방성(모든 방향에서 동일) |
표준 방사형 자속 고정자/회전자 |
표준 스탬핑 및 스태킹 |
곡물 지향(GOES) |
이방성(고방향성) |
분할된 고정자(틈새) |
높은; 조립 중 정확한 정렬이 필요합니다. |
모터의 특정 아키텍처는 코어 내의 응력 지점과 자기 병목 현상을 나타냅니다. 이러한 토폴로지 요구 사항에 맞게 재료 등급을 조정해야 합니다.
IPMSM(내부 영구 자석 동기 모터): 이 모터는 회전자 브리지의 높은 기계적 응력과 고투자율 고정자 코어 간의 균형이 필요합니다. 로터 재료는 고속에서 원심력으로부터 자석을 보호해야 하며 종종 450 MPa를 초과하는 항복 강도가 필요합니다.
유도 모터(IM): 이러한 설계는 고주파수 및 높은 포화 분극에서 낮은 고정자 코어 손실을 우선시하여 다양한 부하에서 효율성을 유지합니다. 또한 로터 바에는 유도 공정을 최적화하기 위해 신중한 재료 매칭이 필요합니다.
축방향 자속 모터: 이 모터는 독특한 재료 처리를 요구합니다. 축 방향 자기 경로에는 자기 무결성을 유지하기 위해 특수한 권선 또는 스탬핑 기술이 필요한 경우가 많으며 때로는 적층된 평면 라미네이션 대신 나선형으로 감긴 코어를 활용합니다.
표준 등급은 400Hz~1000+Hz 작동에 최적화된 특수 자동차 등급과 크게 다릅니다. 고주파 등급은 손실을 줄이기 위해 두께와 특정 합금 원소를 우선시합니다. 전기 저항률을 높이기 위해 실리콘, 알루미늄, 망간을 첨가합니다. 실리콘 수준은 최대 3.5%에 도달할 수 있으며 일부 고 실리콘 합금은 6.5%까지 올라갑니다. 이러한 첨가물은 와전류를 감소시키지만 재료의 취약성을 증가시킵니다. 이러한 취약성은 스탬핑 공정을 복잡하게 만들고 생산 중 가장자리 균열을 방지하기 위해 특수 공구가 필요합니다. 직접적인 상충 관계를 자주 보게 될 것입니다. 고주파 손실을 줄이기 위해 실리콘 함량을 늘리면 스탬핑 다이 유지 관리 간격이 크게 단축됩니다.
강철의 물리적 치수는 모터 성능과 생산 가능성에 직접적인 영향을 미칩니다. 엔지니어는 자기 효율성과 제조 복잡성 간의 균형을 평가해야 합니다. 재료를 얇게 만드는 것은 와전류를 방지하는 가장 직접적인 방법이지만 공장 현장에서는 심각한 문제를 야기합니다.
업계 표준 두께는 일반적으로 0.35mm~0.30mm입니다. 초박형 대안은 이러한 한계를 0.25mm, 0.20mm, 심지어 0.10mm까지 낮춥니다. 두께가 감소함에 따라 와전류 손실은 기하급수적으로 감소합니다. 이러한 감소는 현대 EV 모터에서 흔히 볼 수 있는 높은 작동 주파수에서 매우 중요합니다. 0.20mm 라미네이션 스택은 0.35mm 스택에 비해 10,000RPM에서 열 발생이 현저히 낮아 지속적인 고속 효율이 향상됩니다. 그러나 절연 코팅의 상대적 두께로 인해 적층이 얇을수록 공간 계수(스택의 전체 부피에 대한 실제 강철의 비율)가 감소하여 전체 토크 밀도가 약간 감소할 수 있습니다.
초박형 전기강판은 가혹한 생산 현실을 초래합니다. 시트가 얇을수록 동일한 모터 길이를 달성하려면 스택당 더 많은 수의 라미네이션이 필요합니다. 이로 인해 스탬핑 속도가 느려지고 제조 공차가 더 엄격해집니다. 고실리콘, 초박형 재종을 펀칭할 때 공구 마모가 급격히 가속화됩니다. 더욱이, 전통적인 연동 방법은 얇은 시트를 변형시킬 수 있습니다.
스탬핑 프레스 톤수 및 속도 성능을 평가합니다. 초박형 재료에는 버 형성을 방지하기 위해 매우 정밀한 고속 프레스가 필요한 경우가 많습니다.
결합 방법을 평가합니다. 제조업체는 종종 레이저 용접이나 접착제 접착 바니시(예: Backlack)와 같은 고급 접합 기술로 전환합니다.
바니시 접착의 경화 시간을 계산하세요. 이렇게 하면 생산 라인에 열 베이킹 단계가 추가되어 고정자당 전체 사이클 시간이 늘어납니다.
이러한 방법은 국부적인 기계적 응력을 발생시키지 않으면서 단락을 방지하고 코어 강성을 유지합니다.
최신 고속 EV 모터는 종종 15,000~20,000RPM을 초과합니다. 이러한 극단적인 속도는 최적의 자기 성능과 충돌하는 심각한 기계적 요구를 야기합니다. 특히 로터는 효율적인 자기 회로 역할을 동시에 수행해야 하는 높은 응력을 받는 기계 부품이 됩니다.
원심 응력은 IPMSM의 로터 브릿지와 유지 구조에 막대한 하중을 가합니다. 강철은 영구 자석이 회전자 표면을 뚫고 나가는 것을 방지해야 합니다. 고용체 강화, 결정립 미세화 등 항복 강도를 높이는 전통적인 방법은 본질적으로 투자율을 저하시킵니다. 또한 히스테리시스 손실도 증가합니다. 엔지니어는 모터의 자기 효율성을 손상시키지 않으면서 충분한 기계적 무결성을 제공하면서 이 경계를 최적화하기 위해 특별히 개발된 최신 고강도 등급을 평가해야 합니다. 일부 제조업체는 이제 레이저 열 처리를 통해 로터 브리지를 국부적으로 경화시켜 나머지 라미네이션을 자기적으로 부드럽게 유지하는 이중상 재료를 제공합니다.
응력 이방성 효과는 자기 거동을 변경합니다. 고정자를 하우징에 수축 끼워 맞추는 등 조립 중에 발생하는 인장 및 압축 응력은 코어 재료의 자기 특성을 저하시킵니다. 고속 작동은 또한 동적 응력을 유발합니다. 이러한 기계적 힘은 자기 구역을 왜곡하므로 동일한 토크 출력을 달성하려면 더 많은 전류가 필요합니다. 모터 설계자는 실제 성능이 이론 모델과 일치하는지 확인하기 위해 시뮬레이션 단계에서 이러한 성능 저하를 고려해야 합니다. 응력이 가해지지 않은 재료 데이터를 사용하여 모터를 시뮬레이션하는 경우 프로토타입은 최대 토크와 연속 열 등급 모두에서 성능이 저하될 가능성이 높습니다.
지속적인 열 순환 하에서 재료 품질 저하가 발생합니다. 높은 작동 온도는 절연 코팅을 파괴하고 시간이 지남에 따라 강철의 미세 구조를 변경할 수 있습니다. 강철의 열 전도성은 고정자 권선에서 열을 방출하는 데 중요한 역할을 합니다. 효율적인 열 전달은 권선 절연체를 손상시키고 치명적인 모터 고장을 초래할 수 있는 국지적인 핫스팟을 방지합니다. 적절한 열 특성을 갖춘 등급을 선택하면 장기적인 작동 신뢰성이 보장됩니다. 선택한 절연 코팅이 벗겨지거나 유전 강도를 잃지 않고 180°C ~ 200°C에서 연속 작동을 견딜 수 있는지 확인해야 합니다.
고급 소재를 지정하는 것은 상업적, 운영상의 위험을 수반합니다. 구매자는 독점 등급 시스템을 탐색하고 신뢰할 수 있는 공급망을 확보해야 합니다. 이러한 특수 합금의 글로벌 시장은 빡빡하며 리드 타임이 프로젝트 일정을 좌우할 수 있습니다.
자동차 전기강판의 시장 분류 체계는 제조업체마다 다릅니다. 최대 토크를 위해 설계된 '고투과성' 등급과 고속 순항 효율성을 위해 설계된 '저손실' 등급을 비교해야 합니다. 글로벌 철강 제조업체는 특정 성능 프로필을 목표로 하는 독점 제품 라인을 제공합니다.
등급 구분 |
주요 특성 |
최고의 사용 사례 |
제조에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
고투과성 |
높은 포화 자화 |
높은 토크 밀도, Stop-and-go 주행 |
표준 스탬핑 및 연동 |
저손실(고주파) |
높은 저항률, 얇은 게이지 |
높은 RPM 효율, 고속도로 순항 |
고급 접착이 필요하고 공구 마모가 심함 |
고강도 |
높은 기계적 항복 강도 |
극한 RPM의 IPMSM 로터 |
더 단단한 재료, 더 느린 펀치 속도 |
표준 단열 코팅은 다양한 수준의 내열성, 천공성 및 층간 저항을 제공합니다. 코팅은 와전류가 라미네이션 사이에서 점프하는 것을 방지합니다. 코팅이 잘못되면 스탬핑 공정 중에 공구 성능이 조기 저하될 수 있습니다. 또한 고압축 적층에서는 층간 단락이 발생할 수도 있습니다. 스탬핑 다이의 윤활제 역할을 하면서 모터의 최고 작동 온도를 견딜 수 있는 코팅을 선택해야 합니다. C-5 코팅은 내열성 측면에서 일반적이며, C-6 코팅은 일부 고온 안정성을 희생하면서 펀칭성을 향상시키기 위해 유기 첨가물을 제공합니다.
고급 초박형 무방향성 전기강판에는 글로벌 용량 제약이 존재합니다. EV 생산 규모가 확대됨에 따라 특수 등급의 안정적인 수량을 확보하는 것이 어려워졌습니다. 완화 전략에는 이중 소싱 재료와 가능한 경우 다양한 모터 플랫폼의 두께 표준화가 포함됩니다. 모터 설계 단계에서 초기 공급업체 참여를 통해 지정된 재료를 필요한 양으로 생산할 수 있습니다. 제철소에서 서면으로 약속한 수량 없이 0.15mm 실험 등급 주변의 모터를 설계하지 마십시오.
재료 등급을 선택하기 전에 차량의 기본 작동 프로필을 정의하여 높은 토크 또는 고속 효율성이 우선 순위인지 결정하십시오.
허용 가능한 와전류 손실과 시설의 스탬핑 및 스태킹 기능의 균형을 맞추는 적층 두께를 선택하십시오.
불필요한 자기 저하를 방지하기 위해 원심력이 엄격히 요구되는 경우에만 IPMSM 로터에 고강도 등급을 지정하십시오.
설계 단계 초기에 공급업체와 협력하여 선택한 재료의 확장성과 코팅 호환성을 확인하십시오.
전기강판 시장에서 20년 이상, 제조 분야에서 16년 이상의 경험을 바탕으로 셰락신 용품 CRGO 전기강판 및 CRNGO 제품. 전 세계 고객을 위한 맞춤형 생산 능력을 갖춘 확립된 생산, 테스트 및 공급망 리소스의 지원을 받아 회사는 구매자가 재료 성능, 처리 호환성, 확장성 및 배송 요구 사항을 보다 효율적으로 평가할 수 있도록 돕습니다.
A: 무방향성 강철은 자속을 모든 방향에서 동일하게 잘 전달하므로 EV 모터의 회전 자기장에 이상적입니다. 방향성 강철은 변압기와 같은 정적 응용 분야에 주로 사용되는 특정 방향의 자기 흐름에 최적화되어 있습니다.
A: 얇은 라미네이션은 고주파 자기장에 의해 유도된 순환 와전류의 경로를 제한합니다. 이를 통해 발열과 에너지 손실을 획기적으로 줄여 높은 RPM에서 모터의 효율을 향상시킵니다.
A: 기계적 항복 강도를 높이는 데 사용되는 방법은 일반적으로 재료의 자구 구조를 파괴합니다. 이는 투자율을 낮추고 히스테리시스 손실을 증가시킵니다. 즉, 동일한 양의 토크를 생성하려면 모터에 더 많은 에너지가 필요합니다.
A: 코팅은 코어 스택의 개별 적층 사이에 전기 저항을 제공합니다. 이는 와전류가 전체 코어를 가로질러 흐르는 것을 방지합니다. 그렇지 않으면 막대한 에너지 손실과 위험한 열 축적이 발생할 수 있습니다.
A: 초박형 등급에는 실리콘 함량이 높아 부서지기 쉬운 경우가 많습니다. 이러한 취약성은 스탬핑 다이의 빠른 마모를 유발합니다. 또한, 얇은 시트는 변형을 일으키지 않고 기계적으로 맞물리기가 더 어려우며, 종종 레이저 용접이나 접착 본딩 공정이 더 느려집니다.
