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Oct 19, 2023

혁명적인 로터

e-모빌리티를 위한 효율적인 로터 구축은 첫 번째 용융물 한 방울부터 시작됩니다.

e-모빌리티를 위한 효율적인 로터 구축은 첫 번째 용융물 한 방울부터 시작됩니다.

유도 전동기에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 희토류 부족, 기후 변화, 이동성의 전기화 및 기타 추세가 이러한 수요를 주도하고 있습니다. 그러나 일반적인 산업용 유도 전동기는 약점이 있습니다.

독일의 로터 제조업체인 Wieland eTraction Systems는 층류 다이캐스팅 기술을 통해 비동기식 모터의 성능을 향상시킵니다. 비동기식 모터의 알려진 장점을 유지하면서 이러한 알루미늄 및 구리 로터 유형은 효율성과 안전성 측면에서 상당한 이점을 제공합니다.

모든 로터는 주변 주조 케이지에 쌓여 있는 개별적으로 펀칭된 여러 개의 전기 강철 적층으로 구성됩니다. 이 케이지는 일반적으로 고압 다이 캐스팅을 사용하여 제조됩니다. 1~2분의 사이클 시간으로 이 프로세스는 고도로 자동화될 수 있습니다. 그러나 주조의 관점에서 볼 때 로터는 매우 복잡한 구조입니다.

라미네이션 스택을 도구에 배치한 후 주조 챔버는 용융 금속으로 채워집니다. 피스톤은 액체 금속을 주조 도구에 고속으로 밀어 넣습니다. 일단 금형에 들어가면 알루미늄이나 구리 용융물이 빠르게 응고됩니다. 따라서 산업 기술에서는 50m/s 이상의 유속에서 0.1초 미만의 짧은 충전 시간이 필요합니다.

이를 달성하기 위해 업계에서는 포인트 게이트를 사용하고 있습니다. 단점: 이러한 게이트는 스택의 모든 슬롯을 한 번에 채우지 않습니다. 용융물은 먼저 게이트의 슬롯을 통해 직접 흐른 다음 반대쪽 링으로 흘러 들어가고 마지막으로 소위 백필(back-filling)을 통해 후면의 나머지 슬롯을 채웁니다. 결과적으로 공기, 공정 가스, 오일 및 산화물로 오염된 용융 전선이 빠져나올 수 없습니다.

액체 상태에서 고체 상태로 전환하는 동안 응고 수축이라고 불리는 부피 감소가 발생합니다. 이러한 수축을 보상하기 위해 금형이 최대 용량까지 채워진 후에도 피스톤은 계속해서 압력을 가합니다. 포획된 가스와 수축의 조합으로 인해 총 다공성이 높아집니다. 다이캐스트 로터는 공차 5%보다 훨씬 높은 최대 10%의 다공성을 달성합니다.

모든 단일 기공은 전도성 영역을 감소시키고 불균형을 유발하며 로터의 기계적 특성에 부정적인 영향을 미칩니다. 기공이 슬롯에서 엔딩 링으로 전환되는 지점의 중심에 있을 때 높은 전류 밀도와 원심력으로 인한 최대 기계적 응력이 예상되어야 합니다.

이러한 잠재적 문제점을 줄이기 위해 많은 파운드리에서는 기하학적 구조를 제한하고 슬롯의 수, 길이 및 너비를 줄입니다. 기계 가공이나 용접과 같은 대체 제조 공정에도 비슷한 제한 사항이 있습니다. 이는 비동기 모터 기술의 모든 잠재력이 오랫동안 개발되지 않은 상태로 남아 있음을 의미합니다.

Wieland eTraction Systems가 개발한 층류 압착 주조 공정은 소위 다공성 제로 로터(ZPR)라고 불리는 다공성이 0인 로터를 주조하도록 설계되었습니다. 특허받은 게이팅 시스템은 모든 슬롯과 새로운 형상의 동시 채우기를 보장합니다. 기존의 난류 충진과 달리 충진 공정은 층류형으로 진행됩니다. 노동 요구 사항은 기존 주조와 약간만 다르므로 비용 효율적인 생산이 가능합니다.

유속이 낮으면 주조 재료가 게이트에서 더 오랫동안 액체 상태로 유지되므로 재공급이 쉬워집니다. 활성 열 관리는 층류 코어부터 중요하지 않은 영역까지의 응고 진행을 제어합니다. 층류 압착 주조 공정에서는 모든 슬롯이 동시에 채워지기 때문에 오염된 용융 전면이 오버플로로 향하게 됩니다.

층류 압착 주조 공정을 통해 전기 전도성이 일반적으로 3~5% 증가하여 특성 토크 변동을 크게 줄이고 소음 방출을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

아헨대학교 금속성형연구소는 컴퓨터 단층촬영을 사용하여 다양한 기공 구조를 스캔했습니다. 또한 극한 한계에서 재료의 기계적 거동을 시뮬레이션했습니다. 결과는 다공성이 없는 로터를 사용하면 약 12.5%의 속도 증가가 기술적으로 가능하다는 것을 나타냅니다. 실제 버스트 테스트를 통해 이러한 동작이 확인되었습니다.