수중 모터를 밀봉해야 하는 이유 왜 오일을 채워야 하는가 0.5mm 에어 갭의 비밀은 무엇입니까

Zhoushan의 심해 장비 테스트 시설에서 엔지니어 Wu는 수심 3,000m에서 회수된 추진기 모터를 분해했습니다. 내부는 건조했어요. 권선 절연 데이터는 공장 기록과 일치했습니다. 이 모터는 바다 밑바닥에서 2년 동안 계속해서 작동했습니다.

Wu는 고정자와 회전자 사이의 간격을 다음과 같이 지적했습니다. '0.5밀리미터—우리는 업계에서 '50밀리미터'라고 부릅니다. 더 크면 효율이 떨어지며 더 작으면 압류 위험이 있습니다. 수중 모터의 실제 엔지니어링은 눈으로 볼 수 없는 세부 사항에 있습니다.'

I. 왜 인봉되어야 하는가? 물이 들어가면 어떻게 되나요?

수중 모터는 한 가지 간단한 이유 때문에 밀봉되어야 합니다.  물은 전기를 전도하고 연마제 역할을 합니다..

에서는  브러시 모터 물이 유입되면 브러시와 정류자 사이에 즉각적인 단락이 발생합니다. 브러시 모터는 기계적 접촉에 의존합니다. 물은 전도성 경로를 제공하여 스파크가 발생하고 급격한 고장이 발생합니다.

브러시리스 모터가  약간 더 좋습니다. 권선은 일반적으로 에폭시로 캡슐화되어 있으므로 물로 인해 순간적인 단락이 발생하지 않습니다. 하지만 또 다른 문제가 있습니다.  물은 엄청난 항력을 생성합니다..

물은 공기보다 밀도가 800배 더 높고 점성은 50배 더 ​​높습니다. 물 속에서 회전하는 로터는 엄청난 저항에 직면합니다. 테스트에 따르면 물이 가득 찬 브러시리스 모터는 효율이 70%를 초과하는 경우가 거의 없으며 종종 훨씬 낮은 것으로 나타났습니다. 더 나쁜 것은 바닷물의 염분과 불순물로 인해 베어링과 로터가 마모되어 모터 수명이 크게 단축된다는 것입니다.

Wheatstone 심해 모터는 완전히 밀봉된 구조를 사용하여 물을 완전히 차단합니다. 하우징 조인트에는 불소탄성중합체 O-링과 특수 밀봉재가 포함되어 있습니다. 샤프트 씰은 여러 단계의 탄화규소 기계적 씰을 사용합니다. 케이블 입구는 유리 소결 단자, 즉 원자 수준에서 특수 유리와 융합된 금속 핀을 사용합니다. 가스도 새지 않습니다.

II. 왜 기름을 채우나요? 액체 충전 모터의 요점은 무엇입니까?

심해 모터에 기름이나 물을 채우는 것은 두 가지 중요한 목적, 즉  압력 보상과 냉각에 사용됩니다..

바닷물 10m당 1기압이 추가됩니다. 3,000m에서는 외부 압력이 300기압을 초과합니다. 모터 내부가 비어 있는 경우 파열을 방지하려면 하우징이 엄청나게 두꺼워야 합니다.

Wheatstone은  압력 보상 밀봉 기술을 사용합니다 . 모터 내부는 절연성이 높은 오일로 채워지고 유연한 주머니를 통해 해수와 연결됩니다. 깊이가 증가함에 따라 외부 압력이 상승하고 방광이 압축되며 내부 오일 압력이 완벽한 균형을 이루어 상승합니다. 하우징은 압력 차이를 견디지 ​​못합니다. 더 가벼울 수 있고 씰은 극심한 압력 차이로 인해 변형되지 않습니다.

오일은 냉각에도 도움이 됩니다. 깊은 물에는 대류가 없습니다. 열은 전도를 통해서만 빠져나갑니다. 오일은 내부 공극을 채우고 권선과 베어링의 열을 하우징으로 전달하며, 하우징에서 해수가 이를 운반합니다. Wheatstone은 나선형 냉각 핀이 있는 높은 열전도율 오일을 사용하여 열 전달 효율을 40% 이상 높입니다.

오일로 채워진 모터 설계에는 유체와 씰을 신중하게 선택해야 합니다. Wheatstone은 회전 저항을 최소화하면서 전기 안전을 유지하는 고절연, 저점도 오일을 선택합니다.

III. 0.5mm의 과학: 고정자와 회전자가 왜 그렇게 가까운가요?

고정자와 회전자 사이의 간격은 일반적으로 약 0.5mm(업계 속어로는 '50mm')로 설계됩니다. 이 거리는 신중하게 최적화된 절충안을 나타냅니다.

간격이 작을수록 자기 저항이 낮아지고 효율이 높아집니다. 공극을 가로지르는 자속은 저항에 직면합니다. 1밀리미터의 모든 부분이 자기 회로 손실을 증가시킵니다.

그러나 격차가 너무 작을 수는 없습니다. 베어링에는 공차가 있습니다. 로터는 원심력을 경험합니다. 온도 변화로 인해 열팽창이 발생합니다. 간격이 너무 좁으면 회전자와 고정자가 닿아 소음, 진동이 발생하고 잠재적으로 치명적인 고착이 발생할 수 있습니다.

0.5mm는 수십 년간의 모터 설계 경험을 통해 연마된 최적의 지점입니다. 기계적 변형 및 열팽창에 대한 안전 여유를 제공하면서 자기 손실을 허용 가능한 수준으로 유지합니다.

IV. 효율성 계산: 간단한 공식

수중 모터 효율은 단순화된 공식으로 추정할 수 있습니다.

eta ≒ P_out / (P_out + P_loss)

어디:

P_out: 출력 전력(와트)

P_loss: 구리 손실, 철 손실, 기계적 손실(유체 항력 포함)을 포함한 총 손실

만액형 브러시리스 모터의 경우 기계적 손실이 급증합니다. 유체 항력 손실은 다음과 같이 근사화할 수 있습니다.

P_유체 ≒ k × ρ × n⊃3; × D⁵

어디:

ρ: 유체 밀도(물은 800×공기)

n: 회전 속도

D: 로터 직경

k: 구조 의존 상수

이 공식은 밀봉이 중요한 이유를 보여줍니다. 동일한 모터의 경우 물에서의 유체 항력 손실은 공기보다 수십 배 또는 수백 배 더 높을 수 있습니다.

예: 공기 중 효율이 90%인 모터의 총 손실은 100W입니다. 홍수로 인해 유체 항력이 100W 더 추가되면 총 손실은 200W가 되고 효율성은 다음과 같이 떨어집니다.

eta = 900 / (900+200) ≒ 81.8%

항력이 높을수록 효율성은 쉽게 70% 아래로 떨어질 수 있습니다.

V. 휘트스톤 심해 모터 선택 가이드

시리즈	깊이 정격	출력 범위	씰링 방법	냉각	일반적인 응용 분야
WD 시리즈	500m 이하	1.5-55kW	기계적 씰 + O-링	패시브 워터	ROV, 수중 청소
WDU 시리즈	≤3000m	7.5~132kW	압력 보상 + 이중 기계적 밀봉	오일복합체	심해 관측소, 광산 차량
WDU-P 시리즈	≤8000m	관습	등압 밀봉 + 유리 소결 단자	강제 오일 순환	해달지대 탐사, 해양심도 장비

최종 생각

수중 모터는 단순히 방수 처리된 표준 모터가 아닙니다. 씰링, 오일 충전, 공극 제어 등 모든 세부 사항은 수십 년간 축적된 경험을 나타냅니다.

Wheatstone은 심해 모터 분야에서 거의 20년을 보냈습니다. 재료 선택, 씰 설계, 압력 보상, 효율성 최적화 등 모든 모터는 엄격한 압력 테스트와 장기 검증을 통과합니다. 심해 장비를 위한 전력 시스템 선택에 어려움을 겪고 있는 경우 Wheatstone 기술 팀이 설계부터 현장 서비스까지 전 범위에 걸쳐 지원을 제공합니다. 우리는 심해 전력에 대해 이야기하게 되어 기쁘게 생각합니다.

기술 상담: Jiangsu Wheatstone Mechatronic Technology 엔지니어에게 직접 문의하세요.