하우징 재료 선택이 모터 성능에 직접적인 영향을 미치는 이유
주택은 단지 구조적인 것이 아닙니다. 이는 고정자 권선에서 열을 빼내는 열 경로의 일부를 형성하며, 드라이브트레인이 운반하는 스프링 해제 또는 회전 질량의 양에 직접적인 영향을 미칩니다. 열을 제대로 전달하지 못하는 하우징은 지속적인 가속이나 언덕 오르기 중에 모터 제어 시스템이 전력 출력을 더 빨리 감소시키도록 합니다. 이는 열 전도성이 재료 선택 기준의 최상위에 위치하는 이유입니다.
진동 저항도 그만큼 중요합니다. 새로운 에너지 모터는 종종 10,000~20,000RPM 이상으로 회전하며 이러한 주파수의 하우징 공진은 시간이 지남에 따라 베어링 마모를 가속화하거나 내부 패스너를 느슨하게 할 수 있습니다.
알루미늄 합금, 주철 및 복합 하우징 비교
알루미늄 합금
열 전도성은 약 150~200W/m·K로, 비슷한 하우징 크기에 비해 주철 무게의 약 1/3이며, 통합 냉각 채널에 대한 우수한 기계 가공성을 제공합니다.
주철
구조적 강성이 높고 단위당 비용이 저렴하지만 열전도율이 50W/m·K에 가까우며 상당히 무거워서 승용차용 EV에서는 흔하지 않습니다.
복합/하이브리드
무게 기준으로 가장 가벼운 옵션, 강력한 진동 감쇠 특성이 있지만 내장된 금속 냉각 인서트와 결합하지 않는 한 열 전도성은 세 가지 옵션 중 가장 낮습니다.
알루미늄의 균형은 그것이 대부분의 대중 시장 전기 구동계에 나타나는 이유를 설명하는 반면, 주철은 무게가 원시 내구성보다 덜 중요한 중부하 작업 또는 산업용 모터 응용 분야에 주로 사용됩니다.
주요 성능 요소에 대한 직접 비교표
| 요인 | 알루미늄 합금 | 주철 | 복합/하이브리드 |
| 상대 가중치 | 낮음 | 높음 | 매우 낮음 |
| 열전도율 | 높음 | 보통 | 낮음 unless hybridized |
| 진동 감쇠 | 보통 | 좋음 | 우수 |
| 제조원가 | 보통 | 낮음 | 높음 |
| 일반적인 응용 | 승용차용 EV | 산업/중장비 | 높음-performance or premium EVs |
하우징 벽 내부의 냉각 채널 설계
재료 외에도 내부 냉각 구조는 지속적인 모터 출력에 큰 영향을 미칩니다. 두 가지 일반적인 접근 방식은 하우징 벽에 직접 주조된 나선형 냉각 채널과 외부에 볼트로 고정되거나 접착된 별도의 냉각 재킷입니다.
- 통합 알루미늄 하우징 벽에 주조된 나선형 채널은 교차할 추가 조인트 또는 인터페이스 레이어가 없기 때문에 냉각수와 고정자 사이의 열 저항을 줄입니다.
- 볼트형 재킷 하우징과 별도로 제조 및 수리가 더 쉽지만 기계적 조인트로 인해 통합 설계에서 피할 수 있는 작은 열 저항 격차가 발생합니다.
- 하이브리드 일부 하우징은 고정자 근처의 주조 내부 채널과 추가 표면적을 위한 외부 재킷을 결합하여 높은 연속 토크를 유지할 것으로 예상되는 모터에 사용됩니다.
통합 나선형 냉각 채널을 사용하는 모터는 벤치 테스트에서 외부 재킷 냉각에만 의존하는 모터에 비해 열 경감 이전에 더 높은 연속 전력 출력을 유지하는 것으로 나타났습니다. 특히 가다듬는 도시 주행에서 일반적으로 반복되는 고부하 사이클 동안 더욱 그렇습니다.
밀봉 및 IP 등급 요구 사항
신에너지 모터 하우징은 일반적으로 모터가 차량의 낮은 곳에 장착되고 도로 물보라, 먼지 및 침수 중에 가끔 침수되는 경우가 많기 때문에 IP67 이상의 침투 보호 등급을 충족해야 합니다. 이를 달성하려면 열 순환과 냉각수 및 도로 염분에 대한 장기간의 화학적 노출을 견딜 수 있는 개스킷 또는 실런트 선택과 함께 하우징 분할 라인 및 엔드 커버의 정밀한 가공 공차가 필요합니다.
정적 씰
하우징 절반 사이의 볼트 조인트에 사용됩니다. 일반적으로 150°C 이상의 지속 온도 등급을 받은 실리콘 또는 탄화플루오르 고무 개스킷입니다.
다이나믹 씰
출력 샤프트가 하우징에서 나오는 곳에 사용됩니다. 방수 장벽을 유지하면서 지속적인 회전으로 인한 마모를 방지해야 합니다.
포팅 컴파운드
배선 관통 지점에서 습기 유입을 방지하기 위해 전기 커넥터 통과 주변에 적용됩니다.
강도를 희생하지 않고 체중을 줄이는 기술
제조업체는 안전 여유 내에서 구조적 무결성을 유지하면서 주택 질량을 줄이기 위해 여러 가지 방법을 사용합니다.
- 토폴로지 최적화 소프트웨어는 재료가 얇아지거나 완전히 제거될 수 있는 하우징 벽의 응력이 낮은 영역을 식별합니다.
- 외부 표면의 리브 패턴은 전체 하우징에 균일한 벽 두께를 추가하지 않고도 높은 응력 영역에 강성을 추가합니다.
- 얇은 벽 다이캐스팅 기술을 통해 알루미늄 하우징은 비내력 부분에서 3mm 미만의 벽 두께를 달성할 수 있습니다.
- 주요 열 및 구조적 부하에서 떨어진 영역에서 복합 엔드 커버를 선택적으로 사용하면 전체 어셈블리에서 추가 무게가 줄어듭니다.
얇은 벽 주조와 결합된 토폴로지 최적화를 사용한 하우징 재설계는 하우징의 정격 토크나 열 용량을 줄이지 않고도 기존의 균일한 두께 설계에 비해 총 하우징 무게를 15~25% 줄일 수 있습니다.
제조 공정 장단점: 다이 캐스팅, 단조, 기계 가공
| 프로세스 | 일반적인 사용 | 장점 | 절충안 |
| 높음-pressure die casting | 대량 생산 알루미늄 하우징 | 빠른 사이클 시간, 복잡한 내부 형상 가능 | 높음er tooling cost upfront |
| 단조 | 높음-stress structural components | 우수한 입자 구조 및 내피로성 | 제한된 기하학적 복잡성, 높은 단위당 비용 |
| CNC 가공 | 프로토타입 및 소량 실행 | 높음 precision, fast design iteration | 대량 생산에서는 비용 효율적이지 않음 |
대부분의 대량 EV 생산은 메인 하우징 본체에 다이캐스팅을 사용하고, 설계 변경이 여전히 예상되는 소형 구조 인서트 또는 프로토타입 검증 단계를 위해 단조 또는 가공을 보류합니다.
