전기차 모터에서의 불가역감자란?

1. 감자의 개념

감자(Demagnetization)는 전동기나 발전기 내의 자석이 본래의 자속 밀도를 잃고 자화 능력이 감소하는 현상을 의미한다. 전기 모터나 발전기에서 사용되는 영구 자석은 특정 조건에서 외부 자극에 의해 자성이 약해지거나 완전히 상실될 수 있기에, 일정온도 이상에서 이 현상은 전동기나 발전기의 성능을 저하시킬 수 있으며, 특히 고속 운전이나 고온 환경에서의 운전 시 문제가 될 수 있다. 초고속기에서 특히 문제가 되는 시점에서 가역적 김자아 불가역적 감자를 구분해 공부해 보자

 

가역적 감자(Reversible Demagnetization)

특정 조건 하에서 자성이 감소하지만 외부 자극이 제거되면 다시 원래 상태로 회복

불가역적 감자(Irreversible Demagnetization)

 자석이 외부 자극에 의해 영구적으로 자성을 잃는 경우, 이 경우에는 자속 밀도가 감소된 상태가 복구되지 않는다.

2. 불가역 감자의 개념

 불가역 감자(Irreversible Demagnetization)는 영구 자석이 특정 조건에서 외부 자극에 의해 영구적으로 자속 밀도를 잃어버리는 현상이다. 불가역 감자가 발생하면 자석이 원래의 자화 능력을 회복할 수 없기 때문에, 전동기의 효율과 출력 토크가 지속적으로 감소하게 된다. 

 

 불가역 감자는 자석의 성능 저하를 초래할 뿐만 아니라 시스템 전반의 안정성에도 영향을 미친다. 예를 들어, 자속의 비가역적 감소는 전동기의 최대 출력 토크와 전압 요구 사항에 영향을 줄 수 있으며, 이는 고속 운전 시 성능을 저하시킬 수 있습니다. 이 때문에 불가역 감자 방지 및 관리 기술은 모터 설계와 제어 전략에서 중요한 고려사항이다.

3. 감자의 이론

불가역 감자 현상의 이론적 배경은 자석의 특성과 외부 자극 간의 상호작용을 이해하는 데 있다. 불가역 감자에는 주로 열적, 전자기적 요인들이 관여하며, 이를 설명하는 주요 이론적 배경은 다음과 같다.

(1) 열적 요인

 

자석의 큐리 온도(Curie Temperature)는 자석이 자성을 잃는 임계 온도다. 자석이 이 온도에 도달하거나 초과하면 자화 능력이 급격히 감소하여 불가역 감자가 발생할 수 있다. 자석의 소재에 따라 큐리 온도는 달라지며, 고온에서의 운전이 지속될 경우 자석의 미세 구조가 변형되어 영구적인 자속 손실이 발생할 수 있다.

(2) 외부 역자기장(Back EMF)

전동기 운전 중 외부에서 가해지는 강한 역자기장도 불가역 감자를 유발할 수 있다. 역자기장은 모터 내에서 회전자가 고속으로 회전할 때 발생하며, 이로 인해 자석 내의 자화 벡터가 외부 자극을 받아 자속 밀도가 영구적으로 감소할 수 있다. 

(3) 자기적 포화(Magnetic Saturation)

자석은 특정 한계까지 자화될 수 있는 능력을 가지고 있다. 외부에서 자속을 너무 많이 가하거나, 자속이 한계 이상으로 증가하면 자기적 포화가 일어난다. 이 상태에서 자석이 지속적으로 과부하에 노출될 경우, 불가역 감자가 일어날 위험이 커진다. 이러한 포화 상태는 자석의 결정구조를 변화시켜 본래의 자속을 유지할 수 없게 만든다.

4. 불가역 감자의 영향

불가역 감자가 발생하면 전동기의 성능은 즉각적으로 저하됩니다. 이는 주로 다음과 같은 문제를 야기할 수 있다.

• 출력 토크 감소: 자속이 영구적으로 감소하면 최대 출력 토크가 감소하여 전동기의 전체 성능이 저하된다.
• 효율 저하: 자속 밀도 감소는 전동기의 효율성에 부정적인 영향을 미치며, 이는 에너지 소비량을 증가시켜 시스템의 경제성을 떨어뜨릴 수 있다.
• 전동기 수명 단축: 반복적인 불가역 감자 현상은 전동기의 수명을 단축시키고 유지 보수 비용을 증가시킨다.