철 손실이 BLDC 모터 선택에 직접적인 영향을 미치는 방식

특히 많은 사람의 생명을 구하고, 개선하고, 향상시키는 데 필수적인 소형 전기 모터의 세계에서는 더욱 그렇습니다. 모터 성능의 주요 측면 중 하나는 기계적 동력과 전력의 비율로 정의되는 효율성입니다. eta=(기계적 동력)/(전기적 동력)

효율성은 모터의 발열 및 전력 소비에 직접적인 영향을 미치기 때문에 사용 가능한 공간을 최대한 활용하려면 세심한 주의를 기울여 선택해야 합니다. 여기에서는 BLDC 모터의 효율성과 손실뿐만 아니라 이것이 모터 설계 및 선택 프로세스에서 어떻게 중요한 역할을 하는지 살펴봅니다.

BLDC 모터의 목적은 전력(UI)을 기계적 전력(TΩ)으로 변환하는 것입니다. 그러나 모터는 결코 완벽을 달성할 수 없기 때문에 전기에서 기계 동력으로 변환하는 동안 마찰 손실, 구리 손실, 철 손실이라는 세 가지 주요 유형의 손실이 발생합니다.

전력 - (마찰 손실 + 구리 손실 + 철 손실) = 기계적 전력

마찰 손실: 마찰 손실은 볼/부시 베어링에 의해 발생하며 용도(속도, 하중, 가속도) 및 환경(온도, 먼지 등)에 따라 달라지지만 재료, 마모, 윤활제, 그리고 밀봉.

구리 손실 : 줄(Joule) 손실이라고도 불리는 구리 손실은 코일의 저항에 의해 발생됩니다. 토크는 전류(T=kI)에 정비례하므로 모터가 제공하는 토크가 높을수록 구리 손실이 더 높아집니다. 이는 2차 함수를 따릅니다. 구리 손실=R * I ²

모터가 가열되면 저항이 증가하여 아래 방정식에 따라 효율이 감소한다는 점을 명심하십시오. R = R_0.(1+γ.Δ온도)

-R_0: 주변 저항(Ω) 값(데이터시트에 제공됨) | γ: 구리의 저항 계수 0.004/°C

철 손실 : 철 손실은 오해되기 쉽지만 모터 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 손실은 재료에 대한 자속의 변화 빈도에 따라 크게 달라집니다. 즉, 모터가 더 빠르게 회전할수록 더 많은 손실이 발생합니다.

이 현상을 더 잘 이해하기 위해 작은 실험을 수행할 수 있습니다. 자석을 약간 강자성(구리 또는 알루미늄) 튜브에 넣을 수 있는데, 여기서 낙하하는 자석의 속도는 예상보다 훨씬 낮다는 것을 관찰할 수 있습니다. 튜브를 플라스틱으로 바꾸거나 자석을 같은 크기와 무게의 금속 조각으로 교체하여 이를 비교할 수 있습니다.

렌츠의 법칙에 따르면 자석이 튜브를 통해 떨어질 때 자기장의 변화는 전류를 생성하는 변화에 반대되는 방향으로 흐르는 전류를 유도합니다. 이것이 자석의 속도를 감소시키는 것입니다.

렌츠의 법칙:유도 EMF= -(ΔΦ/Δt)

ΔΦ/Δt는 자속의 변화율입니다.

철 손실은 두 가지 현상에 의해 발생합니다.

패러데이의 법칙에 따르면 도체에 자기장이 가해지면 전류가 생성됩니다. 그리고 재료에는 특정한 전기 저항이 있기 때문에 약간의 손실(R*I²)이 발생합니다.

와전류 손실 = RI^2≅ CB^2.f^2.t^2.

– C는 모터 설계 및 재료에 따라 달라지는 상수입니다.

– B는 물질에 대한 자기장(T)입니다.

-f는 초당 자기 반전 주파수(Hz)입니다.

-t는 재료의 두께(m)입니다.

-V는 도체의 부피(m³)입니다.

이전 공식을 통해 이러한 와전류 손실을 생성하는 데 큰 역할을 하는 매개변수를 확인할 수 있습니다(그림 3). 당연히 자기장 반전의 주파수는 모터 속도와 마찬가지로 상당한 영향을 미칩니다. 자기장의 강도와 재료의 두께도 중요한 역할을 합니다.

재료 두께의 영향을 줄이는 효과적인 방법은 코어 재료를 적층하는 것입니다. 이는 전류가 이동할 수 있는 더 작은 경로를 생성합니다. 즉, 하나의 큰 전류 대신 여러 개의 작은 전류로 분할됩니다. 전류의 제곱값으로 손실이 발생하므로 이는 매우 효과적입니다(t/2 => i/2 => 와전류/4). 한 가지 염두에 두어야 할 점은 두 적층 사이에 전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 코팅으로 서로 절연해야 한다는 것입니다.