[전기차] 감속기 (e-Reduction Gear)

[전기차] 감속기 (e-Reduction Gear)

내연기관 엔진의 회전수에 맞춰서 바퀴의 회전수를 변환해 차량이 적재적소에 엔진의 힘을 사용하게 만든 것이 변속기입니다. 1단 기어에선 높은 기어비를 사용하여 엔진의 회전수의 힘을 토크에 전달하죠(예를 들어 엔진이 3번 회전하면 바퀴는 1번) 고단 기어로 갈수록 반대구요. 그런데 전기차에서도 이러한 원리가 필요합니다. 왜냐하면 전기차의 모터는 너무 고회전이기 때문입니다. 내연기관 엔진의 회전수는 최대여 봤자 8~9천 수준이지만 전기차의 모터는 기본적으로 1만 RPM이 넘어가 버립니다. 그래서 전기차에도 변속기 같은 역할을 하는 장치가 필요했죠. 그것이 감속기입니다.

 

목차

• 감속기
• 감속기의 기능
• 감속기의 종류
• 감속기의 제조사별 명칭
• 감속기 관련 약어
• 감속기의 고장 증상
• 감속기의 수리 비용
• 마치며

기어의 설명 이미지

감속기

앞서 말씀드린 대로 전기차의 모터는 기본적으로 몇만 RPM으로 회전합니다. 그렇기에 이 회전수를 바퀴에 그대로 전달하기엔 너무 빠르고, 전달하게 돼도 아마 차량을 제대로 컨트롤할 수 없게 되죠. 그래서 내연기관의 변속기와 같은 역할을 하는 감속기가 필요합니다. 하지만 변속기와는 다르게 회전수를 더욱 올려주지는 않습니다. 필요가 없기 때문인데요. 어차피 모터의 회전수는 너무 높기 때문에 차량의 모든 속도 영역을 커버하고도 남습니다. 그래서 감속기만 존재하죠.

정리해서 말하면 모터의 초고속 회전수를 다 바퀴로 전달하면 안 되기 때문에 회전수를 토크로 바꿔서 바퀴로 전달하는 역할을 하는 것이 감속기입니다.

 

감속기의 기능

• 모터의 회전 속도 감소 - 모터의 고속 회전을 바퀴 회전에 적합한 속도로 낮춤
• 토크 증폭 - 낮아진 회전수를 바탕으로 터 큰 구동 토크를 제공
• 동력 전달 - 모터에서 발생한 힘을 효율적으로 구동축에 전달
• 역회전 방지 및 회생제동 지원 - 일부 시스템에서는 회생제동 시 모터의 반응을 안전하게 제어함

 

감속기의 종류

전기차에서의 감속기는 내연기관처럼 복잡할 필요가 없습니다. 앞서 말씀드린 대로 전기차의 모터의 회전수는 내연기관의 엔진에 비해 남아도는 수준이기 때문에 회전수를 줄이기만 하면 되기 때문입니다. 그래서 대부분 1단 감속기 형태의 감속기를 가지고 있습니다. 가끔 2단 변속기 형태의 감속기를 가진 전기차도 있지만(대표적인 예로 포르쉐 타이칸이 있습니다) 이 경우에도 2단에서 고속 주행의 효율성을 조금 높이는 것이지, 회전수를 줄이는 것은 마찬가지입니다.

평행축 감속기 (Parallel Shaft Reducer)

• 가장 기본적인 형태의 감속기로, 입력축과 출력축이 서로 평행하게 배치됩니다.
• 주로 스퍼 기어(Spur Gear) 또는 헬리컬 기어(Helical Gear)를 사용하여 감속을 수행합니다.
• 스퍼 기어: 이빨이 축에 평행한 직선 형태입니다. 제작이 쉽고 비용이 저렴하지만, 소음과 진동이 발생하기 쉽습니다.
• 헬리컬 기어: 이빨이 축에 대해 비스듬한 나선 형태입니다. 스퍼 기어에 비해 맞물림이 부드러워 소음과 진동이 적고 더 큰 토크를 전달할 수 있지만, 이빨 각도로 인해 축 방향 추력(Axial Thrust)이 발생합니다.
• 전기차 감속기에서 가장 흔하게 사용되는 방식 중 하나로, 비교적 단순한 구조와 높은 효율을 제공합니다.

유성 기어 감속기 (Planetary Gear Reducer)

• 태양 기어(Sun Gear)를 중심으로 여러 개의 유성 기어(Planetary Gear)가 회전하고, 이 유성 기어들이 링 기어(Ring Gear) 또는 캐리어(Carrier)와 맞물려 동력을 전달하는 구조입니다. 마치 태양계 행성들의 움직임과 유사하여 유성 기어라고 불립니다.
• 장점: 동력 전달 경로가 여러 갈래로 분산되어 부하 용량이 크고, 입력축과 출력축이 동일 선상에 있어 소형, 경량화에 유리하며 공간 효율성이 뛰어납니다. 높은 감속비를 얻기 용이하고 백래시(Backlash, 기어 이빨 사이의 틈)가 적어 정밀 제어에 유리합니다.
• 단점: 구조가 복잡하고 제조 단가가 높은 편입니다.
• 전기차에서는 모터와 구동축을 일직선으로 배치하는 구조에 유리하며, 높은 토크 전달 능력과 컴팩트한 크기 때문에 고급 전기차나 고성능 모델에 적용되는 경우가 많습니다.

웜 기어 감속기 (Worm Gear Reducer)

• 웜(Worm, 나사 형태의 기어)이 웜 휠(Worm Wheel, 웜과 맞물리는 기어)과 맞물려 동력을 전달하는 방식입니다.
• 장점: 큰 감속비를 한 번에 얻기 쉽고, 구조가 간단하며 역회전 방지(Self-locking) 기능이 필요한 경우에 유리합니다. 소음과 진동이 적은 편입니다.
• 단점: 다른 방식에 비해 효율이 떨어지는 편이며, 높은 토크 전달 시 열이 발생하기 쉽습니다.
• 전기차 구동용 주 감속기로는 효율 문제로 인해 잘 사용되지 않지만, 제동 시스템이나 조향 시스템 등 다른 부분에서 사용될 수 있습니다.

하이브리드 감속기

• 위에서 언급된 두 가지 이상의 기어 방식(예: 헬리컬 기어 + 유성 기어)을 조합하여 특정 성능 목표(예: 높은 감속비와 효율 동시 달성, 특정 공간 제약 해결 등)를 만족시키도록 설계된 감속기입니다.

 

감속기의 제조사별 명칭

제조사	감속기 명칭	통합 여부
현대/기아	PE 시스템 내 Reduction Gear	모터, 인버터와 통합
테슬라	Drive Unit 내 Reduction Gear	완전 통합형
BMW	eDrive 내 기어박스	인버터, 모터와 통합
GM	Drive Unit 내 기어셋	통합형
르노	eMotor Gearbox	일부 모델은 분리형 유지

 

감속기 관련 약어

약자	풀네임	한국어
PE	Power Electric	동력 전자 시스템 (모터, 인버터 등 포함)
eRG	e-Reduction Gear	전기차용 감속기
eDrive	electric Drive	BMW의 전기 파워트레인 통칭

 

감속기의 고장 증상

• 출발 시 이질적인 쇳소리 - 기어 이빨 파손 또는 윤활 부족으로 소리가 날 수 있습니다.
• 고속 주행 시 소음 증가 - 베어링 마모 또는 기어 정렬 불량으로 발생합니다.
• 주행 중 차량 떨림 - 감속기 내부 유격이나 중심축의 손상으로 발생합니다.
• 주차 후 출발 시 끊김 - 감속기 내부 베벨기어 이상으로 발생합니다.

 

감속기의 수리 비용

고장 증상	예상 원인	수리 방법	수리 비용
출발 시 쇳소리	기어 손상 또는 베어링 마모	감속기 분해 및 기어/베어링 교체	70만 ~ 150만
고속 주행 시 소음	윤활유 부족 또는 베어링 이상	오일 보충 및 베어링 점검/교체	30만 ~ 90만
주행 중 떨림	중심축 유격 또는 기어 정렬 불량	감속기 재조립 또는 교체	80만 ~ 160만
심각한 기어 손상	감속기 하우징 손상 또는 축 파손	감속기 전체 교체	150만 ~ 250만
통합모듈 교체 시	모터/인버터/감속기 통합형 손상 시	PE 시스템 또는 Drive Unit 전체 교체	400만 ~ 700만

제조사별 통합 설계 여부에 따라 수리 범위와 비용이 크게 달라집니다.

 

마치며

감속기는 전기차가 효율적으로 부드럽게 움직이도록 돕는 필수 부품입니다. 모터의 출력과 차량의 주행 특성에 따라 정밀하게 설계되죠. 고속으로 회전하는 전기 모터의 속도를 차량 주행에 적합하게 낮추고 토크를 증폭시키는 기본적인 역할은 내연기관 변속기와 유사하지만, 넓은 회전 영역에서 뛰어난 효율과 토크를 내는 전기 모터의 특성 덕분에 1단 또는 2단의 비교적 단순한 구조로 구현되는 것이 특징입니다. 전기차 특유의 폭발적인이고 부드러운 가속감을 구현하는데도 중요한 역할을 하죠. 최근에는 다른 부품들과 통합되며 소형화되고 더욱 발전하고 있습니다.

 

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