"구동모터"의 두 판 사이의 차이

2021년 7월 6일 (화) 11:11 판

구동모터는 전기의 힘으로 회전하여 바퀴를 구동하는 장치이다. 전기자동차 구동모터는 전기를 이용하여 구동력을 발생하는 전장품(엔진에 해당되는 부분)으로, 모터 축에 감속기를 연결하여 적절한 토크를 바퀴에 전달하여 차량을 구동시키는 부품이다. 전류를 흘려주면 구동모터의 구동축이 회전하도록 만들어주는 부품에 전기강판이 사용되는데, 전기강판의 전력 손실이 낮을수록 구동모터의 효율이 향상되며, 이를 통해 전기자동차의 효율(전비)이 향상될 수 있다.

각주 형식: ^[1] 각주 형식: ^[2]

개발 역사

새로운 에너지 차량의 세 가지 핵심 구성 요소 중 하나 인 모터 드라이브 모터는 자동차 신 에너지 자동차 회사가 허브 모터 파리의 개발에 항상 주의를 기울여야 한다. 2020년 전력 배터리 목표에 대한 300KW / GK의 목표는 이미 매우 분명하다. 중국에서의 새로운 에너지 차량 개발은 여러 국제 제 1자 전력 배터리 회사를 창출했지만 중국은 국제적인 1단 드라이브 모터 기업이 없다. 새로운 자동차 자동차 회사가 혼란스럽게 생각하는 것은 순수한 전기 자동차 경로가 명확하게 정의되었지만 구동 모터는 "직접 구동 모터, 휠 모터, 휠 허브 모터" 등 서로 간에 조정이 없으며 전문 인력의 관점이 모호하며 사용자가 더 혼란스러울 수 있다.

차량 구동 모터의 개발 이력

트롤리 버스(외부의 전기를 직접 받아 이것을 연료로 이용하여 운행하는 버스 차량)는 카 시퀀스에 포함되지 않았다. 기본적인 이유는 온보드 에너지가 없지만 차량 관리 또한 버스 순서에 포함되어 있기 때문이다. 무궤도 전차는 자동차가 아니지만 도로 운송 차량이어야 한다. 현재 순수 전기 자동차와 트롤리 버스의 원칙은 기본적으로 동일하다. 달리 트롤리 버스 용 차량 파워 배터리와 순수 전기 자동차 용 차량 배터리는 없다.

트롤리 버스의 구동 모터는 순수 전기 자동차의 구동 모터와 동일하다. 시대의 진행, 드라이브 모터도 진행 중이다. 트롤리 버스 용 DC 모터, 중국의 순수 전기 자동차 구동 모터에 사용되는 비동기 AC 모터 및 영구 자석 동기 모터의 장기간 사용한다.

오늘날 차량 구동 모터는 기본적으로 영구 자석 동기 모터를 사용하며 트롤리 버스는 영구 자석 동기 모터를 사용한다.

여기서 설명하는 직접 구동 모터, 휠 모터 및 허브 모터는 모두 영구 자석 동기 모터이다. 소위 "다이렉트 드라이브 모터, 휠 모터, 허브 모터"는 모터가 차량의 다른 위치에 설치된 모터를 나타낸다.

전동 공구 모터를 사고 싶다면 정원 도구 모터에 주의해야 한다.

각주 형식: ^[3]

전기차 구동모터(EV 트랙션 모터)의 구성요소는 동선, 고정자 철심,하우징, 회전자 철심, 받침대, 영구자석 등이 있고, 동선 - 전류가 통하는 구리 전선이다. 고정자 철심(스테이터 코어) - 구동모터의 내부에 고정되어있는 부품으로 포스코 전기강판이 적용된다. 하우징- 구동모터를 둘러싸고 있는 상자형 부품 회전자 철심(로터 코어) - 구동모터의 내부에서 회전하는 부품으로 포스코 전기강판이 적용된다. 받침대(브랙캣) - 구동모터를 부착하고 지지하기 위해 설치하는 버팀대이다. 영구자석(펄머넌트 마그넷) - 전류가 흐르지 않아도 자력을 띠는 자석으로 우리가 알고 있는 일반적인 자석

각주 형식: ^[4]

구동모터 기술로는 고출력, 고효율 기술이 요구되고 있으나 이 두 가지 기술은 서로 상반되는 특성이므로 두 가지 성능 모두 향상시킬 수 있는 최적 설계가 필요하다. 주로 회전자 내부에 영구자석을 삽입하는 매입형 영구자석 동기모터(IPMSM)가 주로 사용되고 있으나, 테슬라와 같이 고출력 유도모터(인덕션 모터)를 이용하기도 한다. 그 외 여자권선형 동기모터(WFSM), 릴럭턴스 모터(SynRM, SRM, PMaSynRM)등도 전기차량의 구동모터 후보군으로 연구개발을 진행중이다.

각주 형식: ^[5]

구동모터는 전기 에너지를 운동 에너지로 전환하여 바퀴를 굴린다. 모터를 구동 장치로 사용하며 얻는 장점은 다양하다. 일단, 주행 중에 발생하는 소음과 진동이 매우 적다. 그래서 전기차에 처음 탑승하는 사람들은 전기차 특유의 조용하고 안락한 승차감에 놀라곤 한다. 또한 전기차의 파워트레인은 엔진보다 크기가 작아 공간 활용성을 높이는데 유리하다. 남는 공간을 실내 공간이나 짐 공간 확장에 활용할 수 있다.

구동모터는 발전기로도 활약한다. 내리막길 등 탄력 주행 시 발생하는 운동 에너지를 전기 에너지로 전환해 배터리에 저장할 수 있고, 주행 중 속도를 줄일 때도 마찬가지이다. 이는 회생제동 시스템이라고 한다. 현재 현대자동차그룹의 일부 전기차에는 회생제동을 단계별로 조절할 수 있는 장치가 마련되어 있으며, 스티어링 휠의 패들시프트를 통해 감속과 회생제동 수준을 단계별로 조작할 수 있고, 이를 통해 효율을 개선하는 것은 물론 운전의 재미까지 느낄 수 있다.

각주 형식: ^[6]

모터 회전과 구동 원리

자석·자력을 통해 회전

회전축을 지닌 영구 자석의 주변에서 ① 자석을 회전시키면 (회전 자계), ② N극과 S극이 당겨지는 힘이나 같은 극끼리 밀어내는 힘에 의해, ③ 회전축을 지닌 자석이 회전하는데, 이것이 모터 회전의 기초 원리이다.

실제로는 도선에 전류를 주입함으로써 그 주변에 자계를 발생시켜 회전 자계 (자력)를 만들어 자석이 회전하는 것과 동일한 상태가 되는 것이다.

또한, 도선을 코일 상태로 말면, 자력의 합성을 통해 큰 자계의 다발 (자속)이 되어 N극과 S극이 발생하는데, 코일 상태의 도선 속에 철심을 넣음으로써 자력선이 통과하기 쉽게 되어, 보다 강한 자력을 발생시킬 수 있다.

실제 모터 회전

3상 교류(120°위상이 시프트된 교류 신호)와 코일을 사용하여 회전 자계를 만드는 방법

-> 상기 ① 상태에서의 합성 자계가 하기 그림의 ①이다. -> 상기 ② 상태에서의 합성 자계가 하기 그림의 ②이다. -> 상기 ③ 상태에서의 합성 자계가 하기 그림의 ③이다.

상기와 같이 철심에 코일을 감은 것을 3상의 U상 코일, V상 코일,W상 코일로 하고, 120°시프트를 배치함으로써 3상 전압이 높은 쪽의 코일에 N극, 낮은 쪽에 S극이 발생된다. 각각의 상은 정현파 상태로 변화하므로, 각 코일에서 발생하는 극 (N극, S 극)과 그 자계 (자력)이 변화된다. 이 때, N극이 발생하는 코일만을 보면, U상 코일 → V상 코일 → W상 코일 → U상 코일의 순서로 변화하므로, 회전할 수 있다.

각주 형식: ^[7]

전기차 동력 구조 1. 구동모터 2. 감속기 3. 배터리 4. 온보드차저 5. 통합전력제어장치

기술 현황

미국

테슬라는 모델S, 모델X EV에 고출력 고효율 유도전 동기를 탑재하여 현존하는 최고 성능의 전기차를 양산하고 있다. 테슬라의 유도모터는 회전자에 알루미늄 다이캐스팅이 아닌 구리바의 브레이징 기술을 적용하여 손실을 저감하고 고정자 및 회전자의 수냉채널을 통해 냉각성능을 확보하여 출력밀도를 높였다. 일반적으로 전기자동차용 구동모터는 효율 측면에서 모터의 체적을 설정하려고 하나, 테슬라의 경우 출력을 높이는 대신 체적보다는 오히려 냉각 성능을 극대화시키는 측면에서 개발되었다. GM은 볼트의 2세대 ‘볼트ec’ 파워트레인에 영구자석형 동기전동기를 탑재하고, 고정자 권선을 각동선 헤어핀 권선기술을 적용하여 점적율의 극대화와 효율을 개선하였다. 또한 에어 베리어 적용을 통해 코깅토크 및 철손 저감을 달성하였다. 그림 1. 테슬라 모델S 구동모터(유도모터)

일본

일본의 경우 1997년 후반기 도요타의 1세대 프리우스 하이브리드 자동차를 양산하여 친환경 자동차 개발의 시초가 되었고, 1999년 혼다의 인사이트 하이브리드 차량도 양산되었다. 일본의 경우 순수전기자동차보다는 하이브리드 전기차의 기술력이 집약되어 있다. 순수 전기 자동차로서는 2010년 일본의 닛산 ‘리프’ 전기차가 최초의 양산형 전기차로 양산되었으며 현재까지 전세계 전기차 시장의 50%에 해당되는 판매 실적을 달성하였다, 전기모터는 80kW급 매입형 영구자석 동기전동기를 탑재하고 있으며 2018년 상반기에 주행거리 320km 이상의 신형 모델출시를 예정하고 있다 그림 3. Nissan Leaf 구동모터 및 회전자형상 (IPMSM)

유럽

BMW는 2014년 i3 모델에 신규 개발된 HSM(하이브리드 씬크러노어스 모터)를 탑재하였다 <그림 4>. 모터 측면에서는 변형된 매입형 영구자석 동기전동기로 볼 수 있으며 회전자 내에 2층의 영구자석 배치와 에어 - 베리어의 효과적 설계로 성능을 향상시켰다. 폭스바겐 역시 BMW i3를 견제하여 e-골프 전기차를 양산하였는데 모터는 HSM과 거의 유사한 방식으로 설계되어 있다 <그림 5>. 르노(리널트)의 경우 플루언스 Z.E. 전기차를 출시하면서 영구자석을 사용하지 않는 권선계자형 동기전동기(WFSM)를 탑재하였다. 희토류 영구자석을 사용하는 IPMSM의 경우 고가이며 고속에서의 제어 특성이 나빠지지만, WFSM의 경우 회전자의 자기장을 전류로 제어를 할 수 있어 고속 제어에 유리한 면이 있다. 그러나 출력밀도 및 효율이 모두 낮아지는 단점도 존재한다. 그림 4. BMW i3 구동모터 및 회전자형상 (IPMSM)

국내

2009년 현대자동차에서 개발된 국내 최초 하이브리드 자동차 ‘LPi 아반테 하이브리드’를 시초로, 2011년 쏘나타 HEV와 K5 HEV를 통해 전기차 양산 기술을 확보하였다. 현재는 소울 EV와 로닉 EV에 80kW급 IPMSM 모터를 이용하여 순수 배터리 전기차의 양산과 그 기술력을 세계에 입증하였다. 그 외 쌍용 자동차에서는 티볼리 EV의 개발이 진행되고 있다.

그림 5. 볼크스웨근 e-골프 구동모터 및 회전자형상 (IPMSM)

모터 기술개발 전망

참고자료

같이 보기

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각주 형식: ^[8]

↑ 현대자동차그룹, 〈쉽게 알아보는 전기차의 구동 원리〉, 《HMG JOURNAL 홈페이지》, 2020-03-16

↑ 포스코 , 〈전기차 구동모터〉, 《포스코 제품 홈페이지》

↑ 팀워크 글로벌 그룹, 〈차량 구동 모터 개발 역사〉, 《팀워크 글로벌 그룹 롬페이지》, 2018-12-29