전기 모터의 자기력 이해

디바이스

정의: 자기력이란 무엇인가?

자석 당김 (불균형 자기력 또는 UMP라고도 함)은 회전자와 고정자 사이의 공극이 균일하지 않을 때 전기 모터와 발전기에서 발생하는 방사형 전자기력입니다. 회전자가 고정자 보어에서 중심에서 벗어나면(편심), 공극의 한쪽은 작아지고 반대쪽은 커집니다. 자기력은 공극 거리의 제곱에 반비례하므로, 공극이 작은 쪽의 자기 인력이 훨씬 강해져 회전자를 그 쪽으로 당기는 순 힘이 발생합니다.

자기적 당김이 생성됩니다 진동 전기 회선 주파수의 두 배(60Hz 모터의 경우 120Hz, 50Hz 모터의 경우 100Hz)에서 발생하는 진동은 회전자를 크게 휘게 하고 베어링 마모를 가속화하며, 심각한 경우 회전자-고정자 접촉의 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이는 기계적 편심과 전자기력의 결합으로 인해 발생하는 양의 피드백을 생성하여 점진적인 고장을 초래할 수 있습니다.

물리적 메커니즘

균일한 공기 간격(정상 상태)

스테이터 보어 중앙에 로터가 위치함
전체 둘레에 걸쳐 동일한 공기 간격(일반적으로 0.3-1.5mm)
모든 면의 자기력은 균형을 이루고 상쇄됩니다.
순 반경 방향 힘 ≈ 0
최소 전자기 진동

편심 공기 간극(UMP 조건)

로터가 중앙에서 벗어난 경우:

갭 비대칭성: 한 쪽은 간격이 더 작고(예: 0.5mm), 반대쪽은 간격이 더 큽니다(예: 1.0mm).
역제곱 법칙: 자기력 ∝ 1/gap², 따라서 작은 갭 쪽의 힘이 훨씬 강함
순 힘: 불균형한 힘은 상쇄되지 않아 작은 틈 쪽을 향해 순수한 당김이 생성됩니다.
크기: 중간 모터에서도 수백에서 수천 파운드에 달할 수 있습니다.
방향: 항상 가장 작은 틈이 있는 쪽으로

왜 회선 주파수가 2배인가요?

자기적 당김은 2배의 전기 주파수로 맥동합니다.

3상 AC는 회전 자기장을 생성합니다.
자기장 강도는 2배의 선 주파수로 맥동합니다(3상 시스템에 내재되어 있음)
편심 로터의 경우 이러한 맥동은 2×f의 진동을 생성합니다.
60Hz 모터 → 120Hz 진동
50Hz 모터 → 100Hz 진동

불균형 자기 풀의 원인

베어링 마모

UMP가 발생하는 가장 흔한 원인
베어링 클리어런스로 인해 로터가 중앙에서 벗어나 작동할 수 있습니다.
중력은 로터를 아래로 당겨 바닥 공기 간격을 줄입니다.
UMP는 로터를 중앙에서 더 멀리 당깁니다.
긍정적 피드백: UMP는 베어링 마모를 가속화합니다

제조 허용 오차

로터 편심률: 로터가 완벽하게 둥글지 않거나 샤프트 중앙에 위치하지 않음
고정자 보어 편심: 고정자 보어가 장착 표면과 동심이 아닙니다.
조립 오류: 엔드벨이 정렬되지 않았고, 조립 중 로터가 쏠렸습니다.
허용 오차 누적: 측정 가능한 편심을 만들어내는 작은 오류의 축적

운영상의 원인

열 성장: 공기 간격 균일성에 영향을 미치는 차등 팽창
프레임 왜곡: 소프트 풋 또는 마운팅 스트레스 워핑 프레임
샤프트 처짐: 하중 또는 커플링 힘으로 샤프트가 구부러짐
기초 문제: 모터 위치 이동 시 침하 또는 열화 발생

효과와 결과

직접 효과

로터에 가해지는 반경 방향 힘: 한쪽으로 계속 당기기
베어링 과부하: 한 베어링은 자기적 당김으로 인해 추가 하중을 지탱합니다.
2×f에서의 진동: 전자기 진동 성분 상승
샤프트 처짐: 자기력으로 인해 샤프트가 휘어지고 편심이 심해집니다.

진행성 실패 메커니즘

UMP는 자체 강화 실패 주기를 생성할 수 있습니다.

초기 편심(베어링 마모 또는 제조로 인한)
자기적 당김은 작은 간격 쪽을 향해 발달합니다.
힘은 로터를 더욱 휘게 하여 간격을 더욱 줄입니다.
더 작은 틈새에서 더 강한 자기력 발휘
부하가 걸린 쪽의 베어링 마모가 가속됨
편심률과 자기력 증가
결국 로터-스테이터 접촉 및 치명적인 고장

2차 피해

비대칭 하중으로 인한 가속 베어링 파손
로터-스테이터 마찰로 두 구성 요소 모두 손상될 수 있음
샤프트 굽힘 또는 영구적 휘어짐
로터 충격으로 인한 고정자 권선 손상
최적이 아닌 공기 간극으로 인한 효율성 손실

탐지 및 진단

진동 시그니처

주요 지표: 2배 높은 라인 주파수(120Hz 또는 100Hz)
일반적인 패턴: 1× 주행 속도 진동의 2×f 진폭 > 30-50%
확인: 2×f에서의 진동은 기계적 불균형에 비례하지 않습니다.
부하 독립성: 2×f 진폭은 부하에 따라 비교적 일정함(기계적 소스와 다름)

다른 2×f 소스와의 차별화

원천	형질
정렬 불량	2배의 주행 속도(2배의 라인 주파수 아님), 높은 축 진동
자석 당김	2× 선 주파수(120/100Hz); 전자기적 기원
고정자 결함	2× 회선 주파수; 전류 불균형 존재
프레임 공명	2× 라인 주파수; 프레임 진동 >> 베어링 진동

추가 진단 테스트

공극 측정

원주 주변의 여러 위치에서 공기 간격을 측정합니다(모터 분해 필요)
평균 간격의 편심률 > 10%는 문제를 나타냅니다.
문서 최소 및 최대 간격 값

현재 분석

균형을 위한 위상 전류 측정
UMP에는 불균형이 수반될 수 있습니다.
스펙트럼은 2배의 라인 주파수 성분을 보여줍니다.

무부하 시험

무부하에서 모터를 분리하여 작동시킵니다.
2×f 진동이 높게 유지되면 전자기 소스(UMP 또는 고정자 오류)를 나타냅니다.
2×f가 크게 떨어지면 기계적 정렬 불량의 원인이 됩니다.

자기장 인력 정량화

대략적인 공식

UMP 힘은 다음과 같이 추정할 수 있습니다.

F ∝ (편심률/간격) × 모터 동력
힘은 편심에 따라 선형적으로 증가합니다.
틈새가 작을수록 힘은 극적으로 증가합니다.
더 큰 모터는 비례적으로 더 큰 힘을 생성합니다.

일반적인 크기

10 HP 모터, 10% 편심: ~50-100파운드 힘
100 HP 모터, 20% 편심: ~500-1000파운드 힘
1000 HP 모터, 30% 편심: ~5000-10,000파운드의 힘
영향: 이러한 힘은 베어링에 상당한 부하를 주고 샤프트를 휘게 할 수 있습니다.

교정 방법

베어링으로 인한 편심에 대해

마모된 베어링을 교체하여 적절한 로터 중심을 복원합니다.
편심이 반복되는 경우 허용 오차가 더 좁은 베어링을 사용하십시오.
UMP를 포함한 모터 부하에 적합한 베어링 선택을 확인하십시오.
샤프트와 엔드벨의 베어링 맞춤을 확인하세요

제조의 편심을 위해

경미한 사례 (< 10%): 진동이 허용 가능한지 확인하고 모니터링하세요.
중간(10-25%): 고정자 재보링 또는 회전자 가공을 고려하세요
심각한 (> 25%): 모터 교체 또는 대대적인 재작업이 필요합니다.
보증: 제조상의 편심은 새로운 모터에 대한 보증 청구가 될 수 있습니다.

조립/설치 문제

엔드벨 정렬 및 볼트 토크 확인
옳은 부드러운 발 정황
프레임이 장착 응력으로 인해 왜곡되지 않도록 합니다.
파이프 변형이나 모터를 위치에서 빼내는 결합력을 확인하십시오.

예방 전략

디자인 및 선택

중요한 응용 분야에 대해 좁은 공극 허용 오차를 갖는 모터를 지정하세요.
평판이 좋은 제조업체의 고품질 모터를 선택하세요
더 큰 공기 간격은 UMP 크기를 줄입니다(그러나 효율성은 떨어집니다)
극한의 응용 분야에 대한 자기 베어링 설계를 고려하세요

설치

설치 중 주의 깊게 정렬
최종 볼트업 전에 부드러운 발이 제거되었는지 확인하세요.
로터 축 위치와 플로트를 확인하세요
엔드벨이 제대로 정렬되고 토크가 조정되었는지 확인하세요.

유지

과도한 마모가 발생하기 전에 베어링을 교체하세요
2배 라인 주파수 진동 추세 모니터링
주기적 균형 및 정렬 검증
냉각 막힘으로 인한 열 변형을 방지하려면 모터를 깨끗하게 유지하세요.

특별 고려 사항

대형 모터

UMP의 힘은 엄청날 수 있습니다(엄청난 힘)
베어링 선택은 UMP 하중을 고려해야 합니다.
샤프트 처짐 계산에는 UMP가 포함되어야 합니다.
대형 중요 모터에는 공기 간격 모니터링이 통합될 수 있습니다.

고속 모터

원심력이 UMP와 결합됩니다.
UMP가 너무 크면 불안정해질 가능성이 있습니다.
좁은 공기 간격 허용 오차가 중요합니다

수직 모터

수평 모터처럼 중력이 로터를 중앙에 두지 않습니다.
UMP는 로터를 어느 쪽으로든 당길 수 있습니다.
추력 베어링은 로터 무게와 UMP 축 구성 요소에 적합해야 합니다.

다른 운동 문제와의 관계

UMP 및 로터 편심

이심률 UMP를 유발합니다
UMP는 편심(긍정적 피드백)을 악화시킬 수 있습니다.
둘 다 진동을 생성하지만 주파수는 다릅니다(1× 대 2×f)

UMP 및 스테이터 결함

둘 다 2배의 라인 주파수 진동을 생성합니다.
고정자 결함 또한 현재 불균형을 보여줍니다
전류 불균형 없이 편심으로 인한 UMP
공존 가능: 고정자 결함 및 편심

UMP 및 베어링 수명

UMP는 베어링 반경 하중을 추가합니다.
베어링 수명을 단축시킵니다(수명 ∝ 1/하중³)
비대칭 베어링 마모를 생성합니다.
한 베어링은 다른 허용 가능한 베어링보다 일찍 고장날 수 있습니다.

자기 풀(magnetic pull)은 전기 모터에서 기계적 현상과 전자기적 현상 사이의 중요한 결합을 나타냅니다. UMP가 2배의 선 주파수 진동의 원인이며, 공극 편심과의 관계, 그리고 베어링 과부하를 통해 점진적인 고장을 유발할 수 있는 가능성을 이해하면 이러한 모터 특유의 상태를 정확하게 진단하고 해결할 수 있습니다.

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자기력이란 무엇인가? 모터의 불균형 자기력

admin가 10월 28, 2025 10월 28, 2025에 게시함