(사진:혼다)
이름에서 알 수 있듯이 주류 구동 모터인 PM 동기식은 영구 자석을 사용합니다. 이러한 자석에는 자력과 내구성의 균형 때문에 네오디뮴 자석이 사용되며, 주변에서 "희토류"라는 단어를 자주 듣게 됩니다. 이 성분들은 어떤 용도로 사용되나요?
네오디뮴 자석이 꽤 보편화된 것 같습니다. 정확하게 말하면 희토류 자석의 일종으로, Nd2Fe14B(네오디뮴/철/붕소) 구조의 분말을 소결하여 만든 자석입니다. 1982년 사가와 마사토(Sagawa Masato) 등이 개발한 일본이 자랑하는 기술 중 하나입니다. 2023년 현재 잔류자속밀도와 보자력 면에서 실용 중인 희토류 자석 중 최강이지만 내열성이 떨어진다는 약점이 있다. 특히 온도가 약 315도(=퀴리점)에 도달하면 비가역적인 감자가 발생합니다.
구동모터의 온도가 섭씨 315도에 이르지 않도록 냉각하는 노력도 기울이고 있지만, 내열성을 높이기 위해 디스프로슘과 테르븀을 첨가하는 방식도 고안됐다. 일반적으로 네오디뮴 자석은 철 60%, 네오디뮴 30%의 조성을 가지고 있는데, 여기에 디스프로슘을 몇% 첨가하면 1% 첨가당 열탈자성이 15℃ 향상된다고 합니다(위키피디아:네오디뮴자석) 보다). 테르븀은 디스프로슘보다 보자력을 더 좋게 하는 성질을 갖고 있지만 디스프로슘보다 희귀한 금속이기 때문에 디스프로슘이 이런 역할을 하는 경우가 많다.
그러나 디스프로슘도 희귀금속이라는 것은 확실하다. 이것을 사용하지 않고도 내열성과 보자력을 동시에 얻을 수 있나요? 이러한 문제를 해결하기 위해 노력하는 회사의 예로는 Honda와 Toyota가 있습니다. 두 사람 모두 '소결 조직은 결정립 크기가 커서 성능이 제한된다'는 점에 착안해 초미세 조직으로 만들면 내열성과 보자력을 높일 수 있다는 생각이었다.
모터가 너무 뜨거워지면 영구 자석 회전자는 되돌릴 수 없을 정도로 자기를 잃게 됩니다. 임계값은 지도에 표시된 대로 약 150도입니다. 값비싼 네오디뮴 자석을 깨뜨리고 싶지 않기 때문에 냉각 회로를 이용해 모터가 일정한 온도를 유지하도록 제어해야 합니다. 유체를 사용하여 회전자와 고정자를 액체 냉각하는 것 외에도 수냉식을 사용하여 2단계로 유체를 냉각하는 원동기가 증가하고 있으며 이는 이러한 높은 효율을 달성하는 방법 중 하나입니다.
