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전기자동차의 구동모터와 전자강판
전자강판은 일반 강판에 비해 규소 함유량이 많고, 우수한 전기적·자기적 특성을 가진 강판이다. 그 특성으로는 철손이 적고, 자화(磁化)되기 쉬움을 나타내는 자속밀도가 높은 점 등을 들 수 있다. 따라서 에너지 자원이 적은 우리나라에서는 에너지 손실이 적은 전자강판의 개발이 매우 중요하다고 할 수 있다. 최근 일본에서는 전기자동차 및 하이브리드 전기자동차 구동 모터에 대한 요구 성능, 나아가 철심 소재로서 이용되는 전자강판에 대한 요구 특성에 대응하기 위해 고성능 무방향성 전자강판이 개발되고 있다. 이 장에서는 전자강판의 성능 및 소재 특성, 그리고 전기자동차 구동 모터용 전자강판에 대해 정리했다.
번역·정리 김대근 기자
전자강판
전자강판은 철강재료이자, 자기적 성질을 특징으로 하는「자성재료」이다. 지구상에 존재하는 원소 중에 상온에서 강자성을 나타내는 원소는 철, 코발트, 니켈의 3개 원소밖에 없다. 공업적으로 사용되는 자성 재료는 연질(軟質) 자성재료, 경질(硬質) 자성재료와 관계없이 합금 및 산화물 등의 형태를 취하지만, 이 3개 원소 중 하나를 포함하는 경우가 대부분으로 전자강판도 그 중의 하나이다. 이 전자강판은 1900년도에 해드필드(Hadfield) 등이 철에 Si를 함유시킴으로써 자기특성이 향상되는 효과를 발견한 것이 실마리가 되었다. 그 후 1926년에는 철의 결정자기이방성(結晶磁氣異方性)이 발견되어 결정방위제어에 의한 자성 향상에 착안해 {110}<001>결정방위를 발달시킨 방향성 전자강판이 1934년에 Goss에 의해 발명되었다. 전자강판도 포함한 철의 결정구조는 [그림 1]에 나타난 바와 같이 체심입방격자에서 능선방향인 <100>방향이 자화 용이축(Easy Axis, Easy Magnetization Axis, 磁化容易軸)이다. 강자성의 근원인 자기 모멘트는 외부에서 자계 등을 가하지 않는 한, 이 방향을 향해 있으며, 우수한 자기적 성질을 갖는다. 위에서 언급한 방향성 전자강판에서는 이 <100>방향을 강판면 내의 압연방향에 맞추어 압연방향의 자기특성을 뛰어난 것으로 하여 주로 변압기의 철심 소재로서 이용되고 있다. 일본에서는 1953년에 공업생산이 개시되어 특히, 1968년도부터는 고자속밀도 방향성 전자강판 HI-B에 의해 변압기의 에너지 손실을 현격하게 저감시킬 수 있었다. 한편, 모터 및 발전기 등의 회전기를 중심으로 한 철심 소재에는 주로 무방향성 전자강판이 이용되며, 변압기의 철심 소재로 이용되는 방향성 전자강판과 마찬가지로 철심으로 자화된 때의 에너지 손실, 즉 「철손」의 저감을 도모해 왔다. 일본에서는 1924년에 열간압연 전자강판으로서의 생산이 개시되어 1956년부터는 현재와 같은 냉간압연 무방향성 전자강판의 형태로 대체되어 갔다. 무방향성 전자강판의 철손 저감 기술에 있어서도 결정방위 제어는 중요하다. 무방향성 전자강판의 결정배열은 앞서 설명한 방향성 전자강판과는 달리, [그림 2]에서와 같이 자화용이축 <100>방향은 일반적으로 결정 입자마다 임의(랜덤)의 정도가 큰 경향이 있다. 그러나 이상적으로는 회전기 등의 철심 소재로 이용되므로 체심입방격자의 각면인 {100}면을 강판면과 동일하게 하고, 또한 <100>방향을 강판면 내에서 360도 균일하게 랜덤배열하는 것이 바람직하다. 무방향성 전자강판의 철손 저감에 대해서는 이러한 결정방위제어와 더불어 합금원소(Si, Al 등)에 의한 전기저항의 증대화, 판두께의 박형화, 고순도강화(高純度鋼化) 등의 기술을 시너지화하여 개발이 이루어져 왔다.
원문전체 : 월간전기.pdf
원문링크 : 전기자동차의 구동모터와 전자강판
