모터에 CRGO 라미네이션을 사용할 수 있나요? 장단점 및 틈새 사례

바쁜 구매 및 디자인 팀을 위한 짧은 답변

예, CRGO 라미네이션 모터에 사용할 수 있습니다. 하지만 BOM에서 재료를 교체하고 완료된 것으로 간주하는 방식은 아닙니다.

기존 고정자/회전자 스택이 있는 표준 유도 또는 PM 모터에서:

• CRGO 사용 없이 일반적으로 재설계 아프다 성능: 더 높은 국부적 손실, 일부 지역의 조기 포화, 더 많은 토크 리플, 덜 예측 가능한 노이즈.
• 대부분의 상업용 모터는 코어의 자기장이 회전하기 때문에 비배향성 실리콘 스틸을 사용하며, 시트 평면에서 거의 등방성에 가까운 거동이 필요하지만 CRGO에는 이러한 기능이 없습니다.
• 모터의 CRGO는 자속 경로와 스택 지오메트리를 의도적으로 형성하여 자속이 각 부품의 롤링 방향(세그먼트화된 고정자, 이동된 스택, 축 자속 등)을 대부분 따르도록 할 때만 의미가 있기 시작합니다.

그래서 실용적인 규칙입니다:

CRGO는 표준 모터 라미네이션을 위한 드롭인 업그레이드가 아닙니다. 설계와 제조가 복잡성을 지원할 수 있는 특수 토폴로지 및 고효율 프로토타입을 위한 도구입니다.

모터가 일반적으로 비방향성 전기강을 사용하는 이유

교과서적인 도표 없이 아주 간략하게 요약합니다.

• 변압기에서 플럭스는 대부분 하나의 직선 경로를 따라 유지됩니다.
• 모터에서는 톱니, 요크, 슬롯 개구부, 로터 형상 등 자속이 계속 회전합니다. 국소 자화 방향은 전기 사이클에 따라 변동합니다.

입자 지향 강철은 “쉬운” 자화 방향이 압연 방향과 일직선이 되도록 제조됩니다. 이 방향을 따라가면 손실이 적고 유도가 높으며, 그 반대 방향으로 가면 손실과 투자율이 급격히 떨어집니다.

무방향성 강철은 성능이 더 고르게 분산됩니다. 손실은 최적의 방향을 따라 CRGO보다 높지만, 필드가 축을 벗어난 경우 CRGO보다 훨씬 좋습니다. 이것이 데이터 시트와 핸드북에서 계속 언급하는 이유입니다:

• CRGO → 정적 코어(전력/배전 변압기).
• CRNO/CRNGO → 모터, 발전기, 회전 기계. 

모터 플럭스 경로는 하나의 깔끔한 화살표가 아닙니다. 비행기에 머무르는 것을 잊은 루프와 비슷합니다.

이것이 핵심 이유입니다.

모터 라미네이션 스택에 CRGO를 지정하면 실제로 어떤 일이 발생합니까?

방사형 플럭스 AC 기계, 슬롯형 고정자, 기존 로터와 같은 일반적인 경우를 가정해 보겠습니다. 라미네이션 공급업체에 동일한 지오메트리를 CRNGO 대신 CRGO로 펀칭해 달라고 요청합니다.

1. 실제 구축된 코어의 자기 동작

CRGO 데이터시트에서 롤링 방향에 따라 1.5T, 50/60Hz에서 인상적인 저손실을 확인할 수 있습니다. 모두 좋습니다.

모터 내부:

• 치아 는 대부분 길이를 따라 플럭스가 표시되지만 모든 곳에서 완벽하게 정렬되지는 않습니다.
• Yoke 은 원주 방향으로 굴러갑니다. 해당 경로의 일부는 정렬되고 다른 부분은 블랭크가 중첩된 방식에 따라 롤링 방향에 비해 기울어집니다.
• 슬롯 개구부, 노치, 브리지 주변에는 플럭스 라인이 지저분한 방식으로 롤링 방향을 가로지르며 절단됩니다.

결과:

• 롤링 방향과 정렬된 영역은 광고된 대로 작동합니다.
• 45~90° 떨어져 있는 영역은 예상보다 높은 국부적 코어 손실과 낮은 투과성을 보입니다.

등방성을 가정하는 설계 도구는 이러한 문제를 제대로 예측하지 못합니다. 적절한 이방성 BH 및 손실 데이터가 있는 FEA 모델은 이를 보여줄 수 있지만 대부분의 레거시 모터 모델은 전체 방향 손실 표면을 포함하지 않습니다.

따라서 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다:

• 글로벌 효율성이 개선되지 않을 수 있습니다.
• 철분 손실 분포가 고르지 않게 되고 핫스팟이 나타납니다.
• 토크 리플과 음향 동작이 계획하지 않은 방식으로 변화합니다.

2. 손실 및 온도 맵

학계 및 산업계에서 AC 기계에서 GOES 고정자를 시도한 연구가 종종 보고됩니다:

• 철분 손실 감소는 라미네이션이 다음과 같은 경우에만 달성됩니다. 시프트 또는 세그먼트 를 사용하여 플럭스가 레이어 또는 세그먼트에서 계속 쉽게 방향을 찾을 수 있도록 합니다.
• NO 스틸처럼 절단된 CRGO로 만든 “단순” 스테이터를 사용하면 이득이 작거나 심지어 마이너스가 됩니다.

한 10kW 유도 기계의 예에서 시프트된 GO 고정자 적층으로 전환하면 효율이 약 2% 포인트 향상되었지만, 이는 설계 흐름에서 신중하게 선택한 시프트 각도와 이방성 모델링에 의존했습니다.

따라서 CRGO가 도움이 될 수 있지만 지오메트리가 이를 활용하도록 허용하는 경우에만 가능합니다. 사양에서 등급 코드를 변경하는 것만으로는 그렇게 할 수 없습니다.

3. 제조 및 스택 빌드

구매자는 보통 여기서 가장 먼저 고통을 느낍니다.

• 두께
  • 대부분의 변압기용 CRGO 등급은 0.23~0.27mm입니다.
  • 표준 모터 CRNGO 등급은 0.35~0.50mm, 때로는 비용 중심 설계의 경우 0.65mm로 작동하는 경향이 있습니다.
  • 시트가 얇을수록 손실은 적지만 더 엄격한 툴링 제어, 더 나은 평탄도 처리 및 다양한 프레스 설정이 필요합니다.
• 펀칭 및 버 제어
  • CRGO는 기계적 스트레스에 더 민감할 수 있으며, 가장자리 손상은 비용을 지불한 바로 그 속성을 손상시킵니다.
  • 버 높이 사양을 강화해야 할 수도 있고, 그렇지 않으면 추가 손실과 노이즈로 인해 많은 이점을 잃게 됩니다.
• 방향 제어
  • 이제 모든 개별 블랭크의 방향이 롤링 방향을 기준으로 어떻게 설정되는지 신경 써야 합니다.
  • 이는 더 복잡한 네스팅, 잠재적으로 더 낮은 시트 활용도, 각 코일에 대한 더 엄격한 추적성을 의미합니다.
• 코팅 및 적층 요소
  • 많은 CRGO 코일은 고속 모터 스탬핑 라인이 아닌 변압기 스트립 절단 및 적층에 최적화된 코팅으로 제공됩니다. 코팅 선택은 적층 계수, 층간 저항, 펀치 마모 및 적층 고착 위험에 직접적인 영향을 미칩니다.

이 모든 것이 비용과 생산 위험을 증가시킵니다. 때로는 절약하려는 와트보다 더 많은 와트를 절약할 수도 있습니다.

4. 비용 및 공급망

물리학은 제쳐두고라도요:

• CRGO는 일반적으로 더 엄격한 공정 경로로 인해 비슷한 실리콘 함량의 모터 등급 CRNGO보다 kg당 가격이 더 비쌉니다.
• 코일 폭과 물류는 변압기 시장에 맞춰 조정됩니다. 모터 라미네이션 치수와 부피는 공장의 압연 및 슬리팅 라인의 작동 방식과 일치하지 않을 수 있습니다.
• 특히 모터 사용에 최적화된 특정 두께 + 코팅 + 등급 조합을 원하는 경우 “비표준” MOQ와 더 긴 리드 타임이 발생할 수 있습니다.

따라서 설계에서 CRGO의 성능을 제대로 끌어내지 못하면 모터의 데이터시트를 개선하지 못하는 더 만들기 어려운 스택을 구매하기 위해 더 많은 비용을 지불해야 합니다.

모터용 CRGO 대 CRNO/CRNGO - 빠른 비교

모터 중심의 관점으로만 보시면 됩니다:

CRGO가 적합한 틈새 모터 케이스

몇 퍼센트의 추가 포인트를 원하고 복잡성을 기꺼이 받아들이려는 엔지니어에게는 이 부분이 흥미로워집니다.

1. 인덕션 머신에서 이동된 GO 라미네이션

여러 연구 그룹에서 각 적층이 이전 적층에 대해 고정된 각도로 회전하도록 쌓아 올린 GO 시트로 만든 스테이터를 테스트했습니다.

아이디어:

• 각 레이어의 롤링 방향은 원 안의 다른 곳을 가리킵니다.
• 플럭스는 한 장의 시트에서 어려운 방향과 싸우는 대신 라미네이션에서 라미네이션으로 “홉”하고 각 레이어에서 쉬운 방향에 가깝게 유지하도록 권장됩니다.

보고된 결과에는 다음이 포함됩니다:

• 동일한 두께의 동급 NO 고정자에 비해 코어 손실이 현저히 감소합니다.
• 중전력 인덕션 머신의 경우 몇 퍼센트 포인트 정도의 효율성 향상 효과가 있습니다.

하지만 함께 제공됩니다:

• 각 라미네이션마다 고유한 각도가 있기 때문에 고정자 빌드가 복잡합니다.
• 더 까다로운 스태킹 및 정렬 프로세스.
• 더 민감한 품질 관리 - 정렬이 잘못되면 컨셉이 망가집니다.

이것은 일반 모터 라인에서 아무렇게나 할 수 있는 일이 아닙니다. 부피가 크지 않고 모든 와트가 중요한 특수 고효율 제품에 더 적합합니다.

2. CRGO 톱니가 있는 세그먼트 스테이터

최신 집중 와인딩 PM 기계는 이미 다른 이유(조립, 구리 충전, 열 경로)로 세그먼트화된 스테이터를 사용하고 있습니다. 이러한 아키텍처는 특정 부분에서만 GO를 실험하고 싶을 때 편리합니다:

• 작동 중 플럭스가 롤링 방향을 따르도록 방향이 지정된 GO로 만든 톱니.
• 더 복잡한 플럭스 경로를 처리하는 NO 스틸 소재의 요크 조각.

이러한 기계에 대한 연구에 따르면

• 올-NO 디자인에 비해 철분 손실이 감소했습니다.
• 주로 플럭스가 바둑알에 잘 정렬된 영역에서 이득을 얻습니다.

디자인 트레이드오프:

• 많은 추가 절단면과 인터페이스 → 기생 간격, 추가 저항, 기계적으로 관리해야 할 표면이 늘어납니다.
• 툴링: 치아와 요크를 위한 별도의 금형 또는 절단 공정, 다양한 재료, 다양한 취급 규칙.

따라서 다른 이유로 이미 세그먼트화된 스테이터를 좋아하는 경우 현실적인 후보입니다. 그러면 GO 이빨은 또 다른 튜닝 노브가 됩니다.

3. 축 방향 자속 및 특수 릴럭턴스 기계

축 방향 플럭스 토폴로지와 일부 스위치 리플랙턴스 또는 플럭스 스위칭 머신은 플럭스 경로가 더 평면적이며 롤링 방향에 영리하게 정렬할 수 있습니다.

예를 들어

• GO 로터가 있는 축 방향 자속 스위치 릴럭턴스 기계는 로터 경로의 대부분이 쉬운 방향을 따라갈 수 있기 때문에 NO 로터에 비해 부피당 토크가 향상됩니다.
• 이방성 고정자 코어(분할 요크/톱니)가 있는 특정 PM 동기 모터는 GO를 올바르게 사용할 경우 5-15% 정도의 철 손실 감소를 보여줍니다.

다시 말하지만, 이것은 단순한 재료 선택이 아닙니다. 전체 전자기 설계는 이방성을 중심으로 조정되며, 경우에 따라 로터/스테이터 형상과 제어 전략을 포함합니다.

4. 자속 경로가 조정된 고속 트랙션 모터

매우 빠른 속도(수만 rpm)에서는 철 손실이 지배적인 경우가 많습니다. 일부 트랙션 모터 개념은 작동 유도 시 손실을 줄이기 위해 세심한 모양의 구조에 얇은 GO 코어를 사용합니다.

일반적인 특성:

• 와류를 차단하기 위한 얇은 라미네이션(≤0.23mm).
• 고주파 성분이 롤링 방향에 가깝게 유지되도록 플럭스 경로를 배치했습니다.
• 매우 엄격한 제조 관리로 방향이나 응력의 작은 편차도 성능 향상을 저해할 수 있습니다.

이는 주로 R&D 또는 프리미엄 제품에 사용되는 틈새 디자인으로, 카탈로그 IE3 프레임 모터가 아닙니다.

5. 하이브리드 코어 및 웨지

CRGO가 표시되는 제안서도 볼 수 있습니다:

• 유동인구가 많은 지역의 로컬 인서트 또는 특수 웨지.
• 자속 방향이 잘 정의된 세그먼트화된 로터 또는 고정자의 일부입니다.

이 접근 방식은 GO의 전체 코어를 재구축하지 않고도 약간의 이점을 얻으려고 합니다. 하지만:

• 이제 자기적으로 투과도와 채도 동작이 다른 머티리얼 간에 인터페이스를 만들 수 있습니다.
• 기계적으로 이러한 인서트는 슬롯, 조립 및 진동에 견딜 수 있어야 합니다.

효과가 있을 수 있지만, 모든 추가적인 물질적 경계는 예측 가능성을 떨어뜨리는 또 다른 방법입니다.

구매자와 엔지니어를 위한 실용적인 체크리스트

누군가 모터 라미네이션 스택에 CRGO를 제안하는 경우, 이를 디자인 프로젝트, 단순한 소싱 변경이 아닙니다.

다음은 몇 가지 질문입니다.

1. 플럭스 패턴 및 토폴로지

• 기계 토폴로지가 각 라미네이션 조각(톱니, 세그먼트, 로터 극)의 대부분의 플럭스가 명확한 방향을 따르도록 허용합니까?
• 시뮬레이션 툴에 이방성 BH 및 손실 데이터가 있나요, 아니면 추측을 사용하시나요?
• 머티리얼을 활용하기 위해 톱니/요크 지오메트리를 조정하거나 세그먼트화/시프트할 준비가 되셨나요?

이 질문에 대한 대답이 “아니오'라면 대부분 문제를 사고 있는 것입니다.

2. 소재 및 코팅

• 정확히 어떤 등급과 두께의 GO를 고려하고 있나요? (단순히 “M3”가 아니라 실제 밀 사양, 두께, 코팅이 중요합니다.)
• 코팅이 펀칭 라인, 적층 방법 및 후처리(응력 완화, 접착, 용접)에 적합한가요?
• 실제 생산에서 어떤 적층 계수가 표시되며, 이로 인해 유효 슬롯 면적과 백철 두께가 어떻게 변경됩니까?

3. 툴링 및 프로세스 기능

• 현재의 프레스, 금형 및 유지보수 관행으로 버 높이와 가장자리 손상을 더 좁은 범위 내에서 유지할 수 있습니까?
• 네스팅이 재료 수율을 손상시키지 않고 모든 부품의 롤링 방향을 존중할 수 있습니까?
• 입고 검사 시 롤링 방향과 방향을 어떻게 검증하나요?

4. 비용 및 위험

• 예상 생산량(재료 + 툴링 + 수율)에서 모터당 비용 델타는 얼마입니까?
• 시뮬레이션과 프로토타입 테스트를 통해 효율성, 토크 밀도 또는 온도에서 가시적인 이득을 보여주는 신뢰할 수 있는 경로가 있습니까?
• 특정 스택과 프로세스에서 GO가 어떻게 작동하는지 배우는 동안 비즈니스 사례가 몇 번의 프로토타입 주기를 견딜 수 있나요?

이 연습 후에도 여전히 이점이 확실해 보인다면 GO를 시범적으로 사용해 볼 가치가 있습니다. 그렇지 않다면 고급 CRNGO 또는 더 얇은 NO 라미네이션이 일반적으로 더 간단한 레버입니다.

FAQ: 모터의 CRGO 라미네이션

요약:

CRGO 라미네이션 can 를 모터에 사용할 수 있지만, 전자기 설계 및 제조 흐름이 이방성을 중심으로 구축된 경우에만 수익성이 있습니다. 대부분의 산업용 및 전기차 모터의 경우 고급 비방향성 전기강이 여전히 실용적인 선택입니다.