모터 속도와 베어링 축전류의 상관관계

“우리 모터는 저속이라 괜찮지 않겠느냐”는 질문을 자주 받습니다. 결론부터 말씀드리면 회전 속도로는 안전 여부를 판단할 수 없습니다. 모터에 문제가 생기는 설비는 1,500rpm이든 3,000rpm이든 수개월 이내에 증상이 나타납니다.

축전압의 크기는 속도가 정하지 않는다

축에 전압이 유기되는 원리를 보면 이유가 분명합니다. 인버터가 스위칭할 때마다 공통 모드 전압이 생기고, 이것이 고정자와 회전자 사이의 정전용량을 통해 축으로 넘어옵니다. 이 과정에 축이 얼마나 빨리 도는지는 직접 개입하지 않습니다.

반송 주파수를 바꿔도 마찬가지입니다. 자세한 내용은 반송 주파수로 베어링 전식을 막을 수 있나에서 다뤘습니다.

속도가 바꾸는 것은 윤활 유막이다

그렇다고 속도가 무관한 것은 아닙니다. 속도는 베어링 안에 윤활 유막이 얼마나 두껍게 형성되는지를 바꿉니다. 그리고 유막의 두께가 방전의 성격을 결정합니다.

최근 연구들이 이 부분을 서로 다른 구간에서 확인했습니다. 결과를 나란히 놓으면 그림이 분명해집니다.

저속 — 유막이 없어 금속끼리 닿는다

저속에서는 유막이 제대로 만들어지지 않아 구름 요소와 궤도면이 사실상 맞닿습니다(경계윤활). 2025년 학술지 Lubricants 에 실린 실험이 이 구간을 다뤘습니다. 베어링 내륜과 외륜에 펄스 전압을 걸어 실제 축전압 상황을 재현했는데, 베어링에 걸린 전압이 12V, 전류가 2.5A에 이르렀을 때 뚜렷한 마모 패턴이 관찰됐습니다.

느리게 도는 모터도 전기적으로 상하고 있다는 뜻입니다.

고속 — 유막이 절연체가 되어 방전이 터진다

속도가 올라가면 유막이 두꺼워집니다. 얼핏 안전해 보이지만 반대입니다. 유막이 절연체 역할을 하면서 베어링이 축전기처럼 전하를 쌓기 시작합니다. 그러다 절연이 버티지 못하는 순간 한꺼번에 터집니다.

2025년 Wear 논문은 유막이 형성되면서 베어링 전압이 저항성 → 혼합 → 용량성 순으로 변하고, 손상을 일으키는 것은 용량성 상태의 방전이라고 지목했습니다. 자세한 내용은 회전수와 윤활유 점도에 따라 베어링 방전이 달라진다에서 정리했습니다.

어느 쪽도 안전 구간이 아니다

정리하면 저속에서는 직접 통전으로, 고속에서는 축적된 전하의 방전으로 손상이 진행됩니다. 속도를 바꾸면 손상의 방식이 달라질 뿐 사라지지 않습니다. “저속이라 괜찮다”도, “고속이라 유막이 지켜준다”도 성립하지 않습니다.

특히 시동과 정지가 잦은 설비는 두 구간을 매번 오갑니다. 컨베이어, 펌프, 팬처럼 부하에 따라 회전수가 변하는 설비가 여기 해당합니다.

그러면 무엇으로 판단하나

속도로 짐작하는 대신 축전압을 실제로 측정하는 것이 정확합니다. 판단 기준은 축전압 Vp-p 어느 정도부터 위험한가를, 이미 손상이 의심된다면 베어링 전식 손상의 3가지 징후를 참고해 주세요.

참고 문헌 — Experimental Study: Bearing Degradation Caused by Electrical Currents and Voltages at Low Speeds, Lubricants 13(4) 175, 2025 · Shutian Liu 외, The discharge characteristics and damages in the EV motor bearings, Wear, 2025. 공개된 초록을 바탕으로 정리했습니다.