동일한 고정자와 회전자에 서로 다른 두께의 라미네이션을 혼합하여 사용할 수 있나요?

간단히 말해: 네, 당신 can 단일 고정자 또는 회전자에 서로 다른 두께의 라미네이션을 혼합하는 경우가 있지만, 거의 항상 이는 매우 신중한 설계 결정이거나 눈 감고 받아들이는 제조상의 타협입니다. 표준 모터가 한 가지 두께를 고수하는 데는 이유가 있습니다. 혼합은 극단적인 경우, 비용 절감, 또는 우아함을 실용성으로 교환하는 수리 상황에서만 적용됩니다.

대부분의 공개 자료는 적층판에 대해 "얇을수록 코어 손실이 낮고, 두꺼울수록 강성이 우수하며 성형 비용이 저렴하다"는 설명에서 그친다. 이 부분은 이미 알고 있을 것이다. 현대식 기계의 적층판 두께는 일반적으로 0.25~0.50mm 범위에 위치한다. 전기강판 라미네이션고정자에서는 종종 조금 더 얇게, 회전자에서는 강도를 위해 약간 더 두껍게 제작됩니다. 사람들이 거의 언급하지 않는 것은, 단순히 하나의 전체적인 두께 값을 선택하는 대신 동일한 스택 내에서 이러한 두께를 혼합하기 시작하면 실제로 어떤 일이 발생하는지입니다.

그걸 열어보자.

"라미네이션 두께 혼합"이 실제로 의미하는 바

누군가 두께를 혼합해도 되냐고 묻는다면, 비록 그렇게 표현하지는 않더라도 대개 다음 세 가지 중 하나를 의미합니다. 첫 번째는 축방향 혼합입니다: 스택 길이의 일부는 한 두께로, 나머지는 다른 두께로 구성하는 방식입니다. 예를 들어 중심부에는 0.35mm 라미네이션을, 끝부분 근처에는 0.50mm 라미네이션을 사용하는 식입니다. 또 다른 경우는 방사형 혼합입니다: 구멍 쪽에 가까운 적층판은 한 두께로, 뒷철판이나 바깥 테두리 쪽 적층판은 다른 두께로, 서로 다른 스탬핑 세트나 복합 부품을 사용합니다. 세 번째, 더 혼란스러운 경우는 수리나 공급에 의한 혼합으로, 균일한 적층체 중간에 다른 두께의 적층판 한 묶음을 대체하는 것입니다. 그 이유는 그게 구할 수 있는 전부이기 때문입니다.

세 가지 모두 기술적으로 가능합니다. 고정자와 회전자 코어는 일반적으로 기하학적 구조, 코팅 및 합금이 서로 다른 개별 적층판을 쌓아 제작됩니다. 모든 시트가 동일해야 한다는 물리 법칙은 존재하지 않습니다. 현대적 적층 조립 방법—연결, 용접, 접합—은 이미 개별 판들의 집합체를 다루고 있습니다. 진정한 질문은 "허용되는가?"가 아니라 "이를 실행할 때 어떤 숨겨진 비용이 발생하는가?"입니다.

라미네이션 두께가 기본 특성에 미치는 영향 (매우 간략히)

기본 원리는 알고 계시니 간단히 정리해 드리겠습니다. 동일한 재료, 최대 자속, 주파수 조건에서 적층판의 와전류 손실은 두께의 제곱에 비례하여 증가합니다. 그래서 고속·고주파 기계에서는 모두가 더 얇은 시트를 사용하려 하며, 특수 설계에서는 종종 0.2~0.35mm 또는 그 이하까지 두께를 줄입니다. 동시에, 더 얇은 시트는 동일한 적층 높이에서 더 많은 층을 의미하며, 더 많은 절연 인터페이스와 더 낮은 적층 계수를 가져와 유효 철심 단면적이 약간 감소합니다.

기계적 측면에서는 두꺼운 적층판과 더 큰 고체 부분이 강성을 높여 특히 초고속 회전 시 로터 파열 안전 여유와 진동 한계를 충족시키기 쉽게 합니다. 제조 부문은 뒤에서 조용히 불만을 품고 있습니다: 얇은 시트는 스탬핑 속도를 늦추고, 금형 마모를 증가시키며, 적층 및 접합 과정에서 더 많은 주의를 요구하기 때문입니다.

두께를 혼합한다는 것은 전역적으로가 아니라 국부적으로 이 상충 관계를 다루고 있다는 의미입니다.

두께를 혼합하는 것이 실제로 도움이 될 때

두께를 혼합하는 것이 단순히 허용될 뿐만 아니라 유용한 경우도 있다.

하나는 고속 로터로, 외곽 영역에는 추가적인 기계적 강도가 필요하지만 코어 깊숙한 곳의 철손 역시 고려해야 합니다. 설계자는 링 강도를 위해 두꺼운 적층판이나 반고체 외륜을 고려할 수 있으며, 동시에 손실을 관리하기 위해 자석 영역이나 축 근처에는 더 얇은 적층판을 사용할 수 있습니다. 구조 모델은 이미 적층판 두께와 고체 코어 직경이 로터 강성과 응력에 직접적으로 어떻게 연결되는지 보여줍니다.

또 다른 사례는 저속 모터의 비용 최적화입니다. 적당한 속도의 그리드 주파수 유도 모터의 경우, 0.35mm와 0.50mm 강판 간의 손실 차이는 눈에 띄지만 코어 전 영역에 걸쳐 결정적인 차이를 만들지는 않습니다. 연구에 따르면 소형 유도기에서 0.50mm 라미네이션을 0.35mm로 변경하면 주로 회전자 코어 손실을 줄여 효율을 약 1% 정도 향상시킬 수 있습니다. 에너지 규제로 기존 프레임에서 효율을 조금 더 끌어내야 한다면, 자속밀도와 주파수 곱이 가장 큰 영향을 미치는 부분에만 얇은 라미네이션을 사용하고 나머지는 더 저렴한 두께를 유지하는 방안을 고려해볼 수 있습니다.

수리 및 개조 측면도 고려해야 합니다. 때로는 원래의 적층 게이지(lamination gauge)를 더 이상 구할 수 없거나 납품 기간이 용납할 수 없을 때가 있습니다. 이 경우 혼합 두께는 통제 가능한 편차로 프로젝트를 구할 수 있습니다. 단, 손실, 무부하 전류, 온도 상승, 진동 및 소음을 직접 검증할 책임이 자신에게 있다는 점을 수용해야 합니다.

혼합 두께의 전자기적 부작용

이제 불편한 부분들입니다.

두께를 혼합하면 전자기적으로 스택이 더 이상 균일한 매질로 행동하지 않습니다. 주어진 외부 형상과 공칭 스택 높이에 대해, 한 영역에서 두께를 변경하면 해당 지역의 적층 계수와 유효 철면적이 변화합니다. 이는 자속 밀도를 이동시켜, 결과적으로 히스테리시스 손실과 와전류 손실 모두를 변화시킵니다. 혼합이 축방향으로 이루어진 경우(예: 스택 중간 60%의 두께 0.35mm, 끝단 권선 근처 두께 0.50mm) 길이 방향에 따라 서로 다른 국부 자화 곡선이 발생할 수 있습니다. 이는 자속과 손실의 축방향 분포를 약간 왜곡시켜 열화상에서 온도 구배나 핫 링(hot ring)으로 나타날 수 있습니다.

방사형 혼합은 더 까다롭습니다. 자속이 이미 높은 이빨 근처에 얇은 적층을 배치하고 요크 근처에 두꺼운 적층을 배치하면, 백 아이언의 강성을 유지하면서 이빨 손실을 줄일 수 있습니다. 이는 매력적으로 들립니다. 그러나 정확한 이점은 실제 작동 주파수, 파형, 그리고 전체 자기 경로 중 각 영역을 통과하는 비율에 따라 달라집니다. 전기 주파수가 높거나 인버터에서 발생하는 풍부한 고조파 성분이 있을 경우, 얇은 부분이 중요해지며 균일한 두께 설계 대비 총 손실이 실제로 개선되는지 확인하려면 본격적인 유한 요소 분석(FEA) 연구가 필요할 수 있습니다.

혼합이 계획되지 않고 무작위적일 경우—예를 들어 0.35mm용 코어 중앙에 0.50mm 적층판을 무작위로 투입하는 경우—플럭스는 손실이 더 큰 영역을 피하려 합니다. 결과적으로 두꺼운 부분 바로 앞뒤의 얇은 층에서 미묘한 국부 포화가 발생하고, 누설 경로가 약간 변하며, 때로는 불필요한 손실에서 예상치 못한 문제가 발생하기도 합니다. 이 모든 것이 반드시 기계를 망가뜨리지는 않지만, 분석적 예측의 신뢰도를 떨어뜨리고 엄격한 효율 보증을 깨뜨릴 수 있습니다.

기계적 및 진동 영향

기계적으로 스택은 더 이상 균일한 강성을 가진 단순한 "스프링"이 아닙니다. 적층 두께의 변화는 방사형 및 축방향 강성 분포를 모두 변화시킵니다. 특히 고속에서 외부 로터 영역은 민감합니다. 강성 프로파일이 반경에 따라 단계적으로 변화하거나 길이에 따라 변화할 경우, 로터의 고유 진동수가 작동 속도나 그 배수에 가까워질 수 있습니다. 이 시점부터 계획하지 않은 공진 현상에 대해 우려하기 시작합니다.

접착 및 맞물림은 균일한 형상에도 달려 있습니다. 많은 조립 시스템은 유사한 적층 두께와 표면 상태를 전제로 하는 반복적인 형상, 탭 또는 용접 패턴에 의존합니다. 적층 구조의 일부가 두꺼워지면 클램핑 압력 분포가 변합니다. 맞물림 형상이 정확히 동일하게 결합되지 않을 수 있으며, 시트 사이에서 국부적인 풀림이나 마모가 발생할 위험이 있습니다. 결합 불량은 균일한 적층 구조에서도 코어 진동, 기계적 소음 및 수명 감소로 이미 현장에서 나타나고 있습니다. 두께 혼합은 또 하나의 변수를 추가합니다.

고정자에서 축방향 혼합은 코어가 프레임과 상호작용하는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다. 끝단 영역은 이미 클램핑 및 수축 피팅으로 인해 다른 응력을 받습니다. 끝단 근처의 강성을 변경하면 전자기력 하에서 코어가 '움직이는' 위치를 이동시켜 소음 및 진동 패턴을 변화시킬 수 있습니다. 일부 설계자는 모터가 음향 제한이 관대한 산업 환경에서 사용될 경우 이를 수용할 수 있습니다. 그러나 엄격한 소음 규정이 적용되는 자동차나 가전 제품 분야에서는 덜 바람직합니다.

제조 현실: 두께 혼합이 가장 큰 문제를 일으키는 곳

식물의 관점에서 볼 때, 두께가 혼합된 것은 거의 항상 불편하다.

두께가 다르면 다이 세트 변경 또는 조정 가능한 다이 사용, 별도 생산 라인 가동, 별도의 품질 기록 관리, 그리고 일반적으로 다른 적층 공정이 필요합니다. 현대식 펀칭 라인은 특정 시트 두께에 맞춰 조정되며, 스탬핑 속도와 공구 수명은 두께에 크게 좌우됩니다. 예를 들어 산업 데이터에 따르면, 고정자 적층판이 얇을수록 동일한 모터 높이 기준 시간당 생산되는 적층 횟수가 감소하는 동시에 공구에 가해지는 응력이 증가합니다. 적층 중간에 두께를 변경하면 원활한 생산 흐름이 중단됩니다.

적층 자체는 더욱 정교해집니다. 버 높이, 평탄도, 잔류 응력, 코팅 두께는 모두 두께와 공정 파라미터에 비례합니다. 버 패턴이 일치하지 않으면 층이 평평하게 놓이지 않아 미세한 공기 틈이나 비스듬한 슬롯이 발생할 수 있습니다. 이는 적층 계수를 저하시키고, 버가 절연체를 연결할 경우 국부적인 와전류 경로를 형성할 수 있습니다. 적층 구조에 변동성이 클수록 공정은 작업자의 기술과 엄격한 검사에 더 많이 의존하게 됩니다.

따라서 전자기 방식이 이론상으로는 훌륭해 보일지라도, 생산 엔지니어는 단순히 생산 라인이 주당 수천 개의 스택을 처리해야 하며 비용 부담 없이 정교한 혼합 패턴을 적용할 여유가 없다는 이유로 반대할 수 있다.

변압기가 가능성을 암시하는 방식

변압기 코어 제작자들은 오랫동안 적층 형상을 혼합해 왔습니다: 서로 다른 스텝 랩 접합부, 서로 다른 폭, 서로 다른 리브 및 요크 세그먼트 등이 사용되었습니다. 일부 특허는 목표 두께를 달성하고 자기 성능을 제어하기 위해 교대로 적층 유형을 사용하는 방법을 설명합니다. 그러나 대부분의 경우 코어 전체에 걸쳐 전기강판 게이지 자체의 두께는 일정하게 유지됩니다. 두께를 혼합하면 적층 계수, 접합부 거동 및 손실이 복잡해지기 때문에 게이지가 아닌 형상과 중첩 패턴을 변경하는 것입니다.

모터 및 발전기 설계자들도 동일한 교훈을 적용한다. 먼저 기하학적 구조와 세분화를 창의적으로 활용하라. 혼합 적층 두께는 고도의 복잡성을 수반하는 조치로 간주하고, 명확한 성능 또는 비용상의 이유가 있으며 이를 뒷받침할 분석 역량이 있을 때에만 정당화해야 한다.

결정 스냅샷: 혼합 두께가 의미 있을 때

이를 간결하게 생각할 수 있는 방법이 있습니다.

이 표는 규칙서가 아니지만, 초기 열정이 식물 현실과 마주할 때 많은 경험 많은 디자이너들이 어떻게 생각하는지를 반영합니다.

두께를 혼합하기로 결정했다면, 의도적으로 하십시오

혼합할 경우, 이를 우연이 아닌 진정한 설계 변수로 취급하십시오.

해결 중인 전자기 문제부터 시작하십시오: 특정 고조파에서의 회전자 철손일 수도, 고정자 이빨 발열일 수도, 영구자석 기기의 자석 온도일 수도 있습니다. 자속 경로 상에서 두께 변화가 위치할 지점과 이동을 예상하는 전체 코어 손실의 비율을 결정하십시오. 일반적인 FEA 체인(2D 단면 분석 → 3D 또는 세그먼트 분석)을 활용하여 국부적 자속 밀도, 국부적 코어 손실 및 비정상 누설 패턴을 확인하십시오. 단일 상수를 가정하지 말고 게이지 간 실제 적층 계수 차이를 반영하십시오.

그런 다음 구조 해석을 중첩 적용합니다. 로터의 경우, 링 방향 응력, 키 속도, 그리고 다양한 적층 강성이 모드 형상에 미치는 영향을 포함합니다. 스테이터의 경우, 특히 축 방향 영역의 두께나 재질이 다른 경우 프레임 클램핑과 수축 피팅이 적층체 전체에 응력을 어떻게 분배하는지 살펴봅니다. 로터 강도 모델링에 관한 기존 연구는 결과가 적층 기하학적 구조와 고체 코어 치수에 얼마나 민감한지 보여줍니다. 바로 여기서 원치 않는 공진과 속도 제한을 피할 수 있습니다.

제조 측면에서는 초기 단계부터 공장을 참여시켜야 합니다. 현실적으로 가능한 다양한 두께의 게이지와 다이 세트 수를 문의하십시오. 두께 변화 구간에서도 스택 조립 방식(연결, 용접, 접착)의 신뢰성이 유지되는지 확인하십시오. 얇은 시트는 용접 및 접착 방식 선택에 훨씬 민감할 수 있으며, 특정 게이지에 맞게 공정 파라미터가 조정되지 않을 경우 손실이 측정 가능하게 증가합니다. 혼합 시에는 이 점이 더욱 중요합니다.

마지막으로, 도입한 특정 위험 요소를 고려하는 계측 장비를 통해 하드웨어에서 검증하십시오. 이는 추가적인 코어 손실 테스트, 스택 전체의 열 분포 측정, 또는 새로운 기계적 전환부 근처의 특정 진동 측정을 의미할 수 있습니다.

고정자 대 회전자: 같은 질문에 대한 서로 다른 답변

고정자에서는 두께 혼합의 필요성이 일반적으로 덜합니다. 고정자 코어는 고정되어 회전하지 않으므로 기계적 요구사항이 덜 엄격합니다. 적절한 두께 하나와 적합한 강종 선택, 그리고 슬롯 형상, 치아 너비 및 요크 깊이에 대한 세심한 주의를 기울이는 것만으로도 효율 및 온도 목표를 달성할 수 있는 경우가 많습니다. 설계자가 국부적 조정을 원할 때는 두께 혼합보다 적층 형상 변경이나 분할형 고정자 사용을 더 자주 선택합니다.

로터는 정반대입니다. 다람쥐 우리형 유도 로터의 경우 더 강력한 근거가 존재한다: 손실 집중과 기계적 응력이 동일한 공간에서 공존한다. 적층 두께 변경 또는 고체 지지 영역 추가를 통해 고속 또는 고출력 밀도 설계에 활용되는 또 다른 조절 수단을 얻을 수 있다. 영구자석 로터의 경우 자석 배열과 슬리브 구조가 기계적 측면을 지배하는 경우가 많지만, 적층 두께는 여전히 백 아이언의 포화 상태와 고속에서의 로터 동작 방식에 영향을 미친다.

따라서 다음과 같이 요약할 수 있습니다: 적층 두께를 혼합하는 것은 고정자보다 회전자에서, 그리고 카탈로그 제품보다 특수 목적 기계에서 더 유용할 가능성이 높습니다.

그렇다면, 라미네이션 두께를 혼합할 수 있나요?

네, 가능합니다. 실제로 그렇게 하는 사람들도 있지만, 대부분은 매우 구체적인 목적을 추구할 때입니다: 새 프레임 없이 효율성을 조금 더 높이거나, 안전 속도를 높이는 경우, 특정 열 프로파일을 구현하거나, 일회성 수리를 할 때 등이죠. 대가는 분석, 제조, 품질 관리 과정에서 추가적인 복잡성을 감수해야 한다는 점입니다. "스택당 한 가지 규격"이라는 표준 관행이 존재하는 이유는 예측 가능하고, 반복 가능하며, 대규모로 제조하기 쉽기 때문입니다.

고정자나 회전자에서 두께를 혼합하는 것을 고려 중이라면, 특수 재료나 특이한 슬롯 형상을 다루는 것과 동일한 방식으로 접근하십시오. 기대하는 이점을 정확히 기록하고, 위험 요소가 명확히 드러날 만큼 상세하게 모델링하며, 공구 주문 전에 현실 점검이 이루어지도록 충분히 일찍 공장과 협의하십시오. 이후에도 수치가 여전히 타당하다면, 이는 단순한 두께 혼합이 아닙니다. 의도적인 설계 작업입니다.