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RENCOL® Thermoclad – 열전달 성능 향상
2020년 10월 23일
그림 1: RENCOL® Thermoclad : 스테이터 마운트용 톨러런스 링(Tolerance Ring)
모터는 점점 더 가혹해지는 조건에서도 효율적으로 작동해야만 합니다. 이러한 상황에서 안정적인 내구 성능을 위해서는 전기 모터 내에서의 효과적인 열전달이 필수적입니다. Saint-Gobain은 이러한 최신 경향 속에서 우리의 표준 톨러런스 링(Tolerance Ring)이 필요한 열전달 수준에 최적화되어 있지 않다는 것을 인지하였고 이를 극복하기 위해 견고한 강철 코어와 더 부드럽고 열 전도성이 있는 재료를 결합한 새로운 바이메탈 기술을 개발했습니다. 자체 시험 결과, 새로운 Thermoclad 기술이 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 열전달 능력을 최대 4 배까지 향상시키는 것으로 나타났습니다. 새로운 Thermoclad 기술이 어떻게 그러한 차이를 만들 수 있는지 알기 위해선 열전달이 실제로 어떻게 작동하는지 먼저 생각해봐야 합니다.
바이메탈 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 작동 원리
수년에 걸쳐 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 열전달 특성을 개선하기 위해 다양한 소재가 사용되었습니다. 예를 들어, 최근에 많이 사용되고 있는 고강도 베릴륨 구리로도 톨러런스 링(Tolerance Ring)을 만들었습니다.
그러나 전도 성능만으로 재료를 선택하는 것은 실제로 큰 도움이 되지 않았습니다. 우리는 여러 가지 금속으로 톨러런스 링을 제작하였고 강철보다 12배 더 높은 전도도를 갖는 알루미늄을 사용하기도 했습니다. 그 결과 알루미늄과 같은 전도성이 높은 소재를 사용하더라도 시스템의 열전도율은 30%만 증가했습니다.
그림 2: 단일 소재 톨러런스 링(Tolerance Ring)은 열 전달 계수에 제한적인 영향을 미칩니다.
이러한 단일 소재 제품은 열전달 성능의 큰 변화를 주지 않았습니다. 이를 통해 물체의 전도도는 열전달역학의 한 부분일 뿐이며 다른 부분은 접촉부에 있다는 우리의 발견을 기반으로 Thermoclad 기술을 개발하였습니다.
열전달 성능에서 접촉 열전도도의 중요성
톨러런스 링(Tolerance Ring)은 두 개의 다른 구성 요소를 결합하기 때문에 부품 간 상호 작용에 의한 열이 통과하도록하는 데 중요한 위치에 있습니다. 이것이 “접촉 열전도도”입니다.
바이메탈 소재가 열 전달 성능을 개선하는 방법은 다음과 같습니다. 접촉 열전도는 접촉하는 전체 영역의 함수이며, 미세한 간격이 있는 경우 빈 공간으로 인해 접촉 면적이 작아지며 발생하는 열전도도가 감소합니다.
이를 개선하기 위해 접촉 압력을 높이거나 재료의 경도를 낮추는 두 가지 선택이 있습니다. 그러나 기존의 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 경도를 낮추면 접촉 압력도 더 낮아집니다.
이러한 기존 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 문제점을 해결하기 위해 바이메탈 톨러런스 링(Tolerance Ring)을 개발하였습니다.
Thermoclad의 강철 코어는 압력과 내하중성 같은 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 기계적 성능을 제공합니다. 연질의 클래딩은 접촉부에 낮은 경도와 높은 전도성을 제공합니다.
RENCOL® Thermoclad의 열전달 성능
이러한 재료 조합은 단일 재료인 표준 톨러런스 링(Tolerance Ring)과 비교하였을 때 열전달 성능을 최대 4 배까지 증가시킵니다. 단순히 물체의 열전도도가 아닌 접촉 열전도도가 열전달 성능 개선의 핵심입니다.
그림 3 : RENCOL® Thermoclad 소재는 톨러런스 링(Tolerance Ring)의 열전달 성능을 크게 향상시킵니다.
자체 시험 결과에 따르면 RENCOL® Thermoclad 바이메탈 소재 덕분에 고성능 접착제를 사용하였을 때와 톨러런스 링(Tolerance Ring)을 사용하였을 때의 열전달 성능 차이가 거의 없습니다.
톨러런스 링(Tolerance Ring)을 사용하면 고성능 접착제와 유사한 열전달 성능과 더 높은 지지력, 저비용 친환경 생산(탄소 집약적인 가열 및 냉각 단계 없음)이라는 이점이 있습니다.
바이메탈 톨러런스 링(Tolerance Ring)으로 변경하면 모터의 성능과 수명을 간단히 개선 할 수 있습니다. RENCOL® Thermoclad에 대해 자세히 알아 보려면 Saint-Gobain에 문의하십시오.
RENCOL® Thermoclad과 관련된 application 및 연구에 대한 자세한 내용은 Thermoclad 자료에서 확인하실 수 있습니다. Contact us