이 주제는 앞으로 더욱 중요해질 것으로 예상됩니다. 이는 주로 현대의 전력 전달 시스템에서 모터와 발전기의 속도를 제어하기 위해 주파수를 조절하는 장치인 ‘주파수 변환기’ 사용이 증가하면서, 전기 침식으로 인한 손상이 더 빈번해질 것이기 때문입니다. 즉, 주파수 변환기가 전력 전달을 조절하는 과정에서 전류가 부품 사이로 더 많이 흐르게 되어 부품이 손상될 가능성이 커지기 때문입니다. 또한 자동차 전력 시스템에서 고전압 사용이 증가하는 추세로 인해, 향후 더 강한 에너지 방전이 발생할 가능성도 높아지고 있습니다. 크리버는 지난 20년 이상 이 분야에서 혁신적인 윤활제 개념을 연구해 왔습니다. 이는 윤활제가 부품 간에 흐르는 전류를 안전하게 방출하여, 전기적 손상을 방지하는 것을 목표로 합니다. 이 특수 윤활제는 속도, 부드러운 작동 및 서비스 수명 연장과 같은 차량과 관련된 데이터뿐만 아니라 전기 전도성 문제도 해결합니다.
전기 침식으로 인한 손상
전기 모터 또는 기타 전기 부품의 롤링 베어링에서 발생하는 전기 침식은 롤링 요소와 레이스웨이(raceway) 사이의 접촉 구간으로 전류가 불필요하게 통과할 때 발생합니다. 이로 인해 열이 발생하고, 국부적으로 표면이 녹아 미세한 구멍(pitting)이 형성됩니다. 시간이 지나면 레이스웨이 전체에 걸쳐 홈이 생길 수 있으며, 이는 소음을 발생시키고 결국에는 조기 고장으로 이어집니다.
이 문제를 해결하기 위한 여러 설계 방식이 존재합니다. 예를 들어, 내부 또는 외부 링을 절연하거나 세라믹 롤링 요소를 사용하는 방법이 있지만, 이러한 방법은 높은 비용에도 불구하고 항상 성공적인 결과를 보장하지는 않습니다. 더 간단하고 효과적인 방법은 임피던스가 낮은 윤활제를 사용해 발생하는 전류를 분산시키는 것입니다. 윤활제는 이미 부품의 설계 요소이기 때문에 이 방법이 더욱 실용적입니다.
하지만, 기본적으로 윤활제는 절연체입니다. 이는 윤활제가 전류의 흐름을 차단해 베어링 같은 금속 부품에서 전압 축적을 증가시키기 때문입니다. 전통적인 해결책으로는 흑연과 탄소를 기반으로 한 흑색 윤활제를 사용하는 방법이 있습니다. 이러한 윤활제는 불필요한 전류를 방지할 수는 있지만, 검은색 고체 흑연 입자를 포함하고 있어 매끄러운 작동을 방해합니다. 시간이 지나면서 이러한 입자들은 마찰 지점에서 점차적으로 제거되고, 기계적 하중으로 인해 변형되기 때문에, 이 윤활제의 전도성은 지속적으로 감소하게 됩니다.
차세대 윤활제 혁신
이온성 액체를 첨가하여 윤활제를 전도성으로 만들어 발생한 전류를 분산시키는 방법은 기존의 흑색 윤활제 사용에 비해 명확한 이점을 가지고 있습니다. 특히 고주파 전기 방전(EDM) 전류는 적절한 윤활제 설계로 효과적으로 중화될 수 있습니다.
현재 크리버는 이러한 솔루션을 제공할 수 있는 유일한 제조업체이며, 이온성 액체를 기유로 사용하는 방법과 첨가제로 사용하는 방법에 대한 특허를 보유하고 있습니다.
이온성 액체는 베어링의 수명을 크게 연장시켜 지속 가능성에도 기여합니다. 불필요한 전류의 에너지는 베어링뿐만 아니라 윤활제 성능에도 영향을 미쳐 매우 높은 피크 온도로 인해 윤활제를 분해시킬 수 있지만, 이온성 액체는 이러한 문제를 해결해 윤활제의 수명도 연장시킵니다.
이온성 액체 전망
크리버는 산업 파트너들과 협력하여 이온성 액체를 통해 윤활제의 전도성을 더욱 최적화하고 마찰 성능을 유지하기 위해 노력하고 있습니다. 하지만 매우 높은 에너지가 통과하는 경우, 현재로서는 윤활제만으로 불필요한 전류 통과 문제를 완전히 해결할 수 없습니다. 그러므로 문제를 완전히 해결하기 위해서는 베어링 자체를 절연 처리하여 전류가 흐르지 않도록 만들고 동시에 전류를 안전하게 방출하는 전도성 윤활제를 결합하는 것이 바람직합니다.
결론
윤활제는 기계 부품의 효율성과 신뢰성에 중요한 설계 요소로 작용합니다. 윤활제가 부품의 수명을 연장하고 에너지 효율성과 지속 가능성을 높이는 핵심 요소이기 때문에, 크리버는 지속적인 개발을 위한 연구를 이어가고 있습니다.
* 전기 침식(Electroerosion) : 전류가 베어링을 통과하면서 베어링 표면에 작은 전기적 방전이 일어나는 현상. 이로 인해 베어링 표면이 미세하게 손상됨.
