EnduroTemp® 260+는 열전달 계수를 향상시킵니다

에식스 MagForceX® 혁신 센터가 EnduroTemp® 260+ 개발을 시작했을 때, 그 목적은 ‘코로나’라고도 알려진 부분 방전 문제를 해결할 뿐만 아니라, 견인 모터의 작동 온도를 높이는 것이었습니다.

두 가지 문제 모두 해결되었지만, 그 과정에서 열전달 계수도 향상되었을 가능성이 있습니다.

MagForceX® 혁신 센터의 책임자인 맷 리치(Matt Leach)는 열전달 계수의 개선이 의도치 않은 성과였을지 모르지만, 이는 제품에 부가적인 가치를 부여할 뿐만 아니라, 무엇보다도 모터 설계자들에게 기하급수적인 가치를 제공한다고 설명합니다.

“모터의 전력 밀도를 높이거나 출력을 증가시키면 저항으로 인해 발생하는 열도 늘어날 것이지만, 열을 더 빨리 외부로 방출할 수 있다면 모터의 효율이 높아집니다,”라고 그는 말했다. “이 절연 시스템은 더 높은 작동 온도를 견딜 수 있으므로, 작동 온도가 약간 더 높아지더라도 절연재 자체가 일반 절연재보다 더 빠르게 열을 발산합니다. 말 그대로 전선에 대한 손상 위험을 줄이면서 더 높은 온도에서 더 오랫동안 모터를 가동할 수 있게 해줍니다.”

EnduroTemp® 260+는 설계자들이 전력 밀도를 극대화하거나, 가변 속도 드라이브를 비롯한 새로운 고온 및 까다로운 응용 분야에 자석용 전선을 적용할 수 있는 기회를 제공하는 제품입니다.

EnduroTemp® 260+의 예시

이 제품은 중요한 운송 분야에서 사용되는 견인 모터의 수명을 연장해 주는 자석선용 절연재로, 업계 최고 수준인 265℃의 내열성을 바탕으로 더 높은 작동 온도를 견딜 수 있도록 특별히 설계되었습니다. 또한 이 제품은 모터를 제어하는 최신 전력 전자 장치로 인해 발생하는 열화로부터 모터를 보호해 줍니다. 에나멜 필름 표면 처리로 인해 테이프 제품에서 흔히 나타나는 겹침이나 틈새가 없어, 표면의 요철이 완전히 제거되었습니다. 또한 마찰 계수가 테이프 감김 방식의 제품에 비해 훨씬 우수하여 코일 제조 시간을 단축할 수 있습니다.

EnduroTemp® 260+는 운송 분야에 가장 적합하지만, 단순히 기존 차량에만 국한되지 않습니다. 오프로드 운행, 중장비 광산 장비, 전기 상용차에 큰 도움을 줄 뿐만 아니라, 까다로운 항공우주 분야에서도 완벽한 솔루션임이 입증되었습니다. 그 밖의 고온용 권선 재료들은 유럽 시장의 터널 내부 열기 제거나 지하 작업장의 유독 가스 제거 등 다양한 환경에 노출될 것입니다.

“이 소재는 모터, 발전기, 시동기 등 어떤 종류의 고온 환경에서도 사용되는 고열 용도에 활용될 수 있을 것으로 보입니다.”라고 리치 씨는 말했다. “과거에는 이러한 용도 중 일부에 폴리이미드가 사용되기도 했지만, 이 소재는 폴리이미드를 대체할 수 있는 훌륭한, 아니 그보다 더 나은 대안입니다.”

“또 다른 주요 시장은 인버터 구동 모터로, 고온 환경에 설치된 산업용 모터나 석유·가스 탐사용 지하 펌프에 적용될 수 있습니다.”

에섹스 매그넷 와이어(Essex Magnet Wire)의 연구개발(R&D) 화학자인 앨런 크너(Allan Knerr)가 이 제품의 주 발명가였습니다.

그는 이 세 가지 주요 장점이 시너지 효과를 발휘하면 혁신적인 제품이 탄생할 것이라고 말했다.

이 기술은 사람들이 현재로서는 한계로 여겨지는 부분을 뛰어넘을 수 있게 함으로써, 모터 설계에 대한 사람들의 인식을 바꿀 수 있는 기술입니다.

“열 내구성이 265℃에 달한다는 점은, 최고 수준은 아니더라도 가장 높은 등급을 자랑하는 자석용 도선 에나멜 소재 중 하나라는 점에서 매우 고무적입니다. 코로나 방전을 견뎌내고 열전달 성능도 뛰어난 점은, 열전달 계수가 열 내구성에 기여했을 것이며, 이는 전기 모터 제조업체들의 전반적인 업무 환경을 개선해 줄 것이라고 확신합니다,”라고 그는 말했다. “이건 그야말로 승부수를 던진 것 같습니다.”

“아시다시피 우리는 금속의 한계에 다다르고 있습니다. 구리는 특정 온도 범위에서 적합하고, 알루미늄은 또 다른 특정 온도 범위에서 적합합니다. 현재 우리는 이러한 소재들의 사용 온도에 매우 근접해 있는 상황이라 앞으로 어떻게 될지 장담할 수는 없지만, 조금씩 성과를 거둘 때마다 더 많은 것을 이룰 수 있게 될 것입니다.”

리치(Leach)도 이에 동의하며, 265℃에서 20,000시간이라는 시험 한계를 넘어 작동할 수 있다는 점은 EnduroTemp® 260+가 장착된 제품이 적용 수명 요건을 초과하여 오래 지속될 수 있도록 보장할 것이라고 말했다.

“이는 모터의 효율을 높이는 데 도움이 될 것이며, 자동차에 탑재될 경우 차량 전체의 효율도 향상시킬 것입니다. 동일한 배터리로 더 오래 주행할 수 있게 되거나, 모터 효율이 높아짐에 따라 더 작은 용량의 배터리를 사용할 수 있게 될 수도 있습니다,”라고 그는 말했다. “모터의 다른 부품들이 먼저 고장 날 것입니다.”

EnduroTemp® 260+는 주변 온도 조건에서 12 AWG 꼬임 쌍선을 대상으로 절연 파괴 전압 시험을 실시한 결과, 11,000볼트를 초과하는 것으로 나타났습니다. 또한 12 AWG 꼬임 쌍선을 대상으로 한 펄스 내구성 시험은 GB/T 21707-2008 시험 방법에 따라 상승 시간 100ns 조건으로 측정된 결과, 72시간 후에도 고장 없이 시험이 중단되었습니다. 18 AWG 꼬임 쌍선을 대상으로 한 펄스 내구성 시험은 100ns 상승 시간을 적용한 GB/T 21707-2008 시험 방법에 따라 측정된 결과, 20시간 후에도 고장 없이 중단되었습니다. Essex MagForceX® Innovation Center의 UL 인증 전선 시험실에서 측정한 결과, 18 AWG 꼬임 쌍선 케이블에 대한 인버터 수명 시험은 294시간 동안 지속되었습니다. 이 수치는 업계 내 가장 가까운 경쟁사보다 3배 더 우수한 결과입니다.

MagForceX® 혁신 센터의 모터 설계자이자 엔지니어인 크리스 리처드슨은 현재 달성되고 있는 수치들이, 특히 열전도도 측면에서 그야말로 혁명적이라고 말했다.

“일부 고객들로부터 이 모터들 중 일부가 10~20도 더 낮은 온도에서 작동했다는 일화적인 증언을 들었습니다,”라고 그는 말했다. “일부 고부분 방전 사례의 경우, 그렇지 않았다면 장치가 정상적으로 작동하기 위해 매우 두꺼운 에나멜 코팅층이 필요했을 것입니다. 열 전달 경로의 전도성을 높임으로써, 에나멜 코팅량을 훨씬 줄이면서도 열을 더 쉽게 배출할 수 있게 됩니다. 이를 통해 설계자는 효율과 전력 밀도를 비롯한 여러 측면에서 설계를 개선할 수 있습니다.”

“이 주요 자동차 제조사들은 열전도율과 유전율 향상을 위해 적극적으로 나서고 있습니다. 이는 누구나 개선이 필요하다는 점을 잘 알고 있는 특성 중 하나인데, 따라서 에나멜 내 열전도율 측면에서 표준 폴리이미드보다 2~3배나 향상되었다고 한다면, 이는 매우 큰 의미가 있습니다.”

EnduroTemp® 260+는 일반 에나멜보다 훨씬 우수하기 때문에, 동일한 공간에 더 많은 도체 재료를 집적하여 전력 밀도를 높일 수 있는 응용 분야가 있을 수 있습니다. 설계자가 더 얇은 코팅층을 요구할 수 있는 응용 분야도 있을 수 있으며, 이 경우 다른 결과가 나타날 수 있습니다.

리치는 이 제품의 적용 분야가 점점 늘어나고 있으며, 원하는 결과를 얻기 위한 최선의 방법은 자신의 팀과 상담하는 것이라고 말했다.

“짧은 대화만으로는 이 제품의 진가를 제대로 전달하기 어렵지만, 이를 뒷받침할 데이터는 충분히 갖추고 있습니다,”라고 그는 말했다. “전기 공학이나 모터 설계 분야의 전문 지식을 가진 분이라면, 지금까지 어떤 작업이 이루어졌는지, 그리고 앞으로 어떤 것이 가능한지 직접 확인하고 싶어 할 텐데, 저희는 그런 논의에 기꺼이 응하겠습니다.”

“우리 시장 전문가들은 거의 매일같이 새로운 응용 분야에 대한 아이디어를 제시하고 있는데, 정말 흥미진진합니다. 기술적인 측면은 잘 알고 있지만, EnduroTemp® 260+의 활용 가능성은 아직 빙산의 일각에 불과하다고 생각합니다.”

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