[전기차] 구동 모터 (Traction Motor)

728x90

[전기차] 구동 모터 (Traction Motor)

내연기관의 심장이 엔진이라면 전기차에선 모터일 겁니다. 엔진 대신 전기 에너지를 회전력으로 바꾸어 차량을 움직이는 부품이죠. 모터는 엔진과 같이 전기차의 성능을 결정짓는 가장 큰 요소라고 할 수 있습니다. 하지만 엔진보다 훨씬 조용하고 엄청난 토크를 자랑해서 즉각적인 반응을 제공하죠. 전기차를 구매하시는 입장에서 볼 때도 구동 모터의 특성과 역할을 이해하면 차량 선택에 큰 도움을 받을 수 있을 겁니다. 그래서 이번 글에서는 전기차의 핵심 동력원인 구동 모터에 대해서 이야기해보려고 합니다.

구동 모터

구동 모터는 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 차량의 바퀴를 구동시키는 장치입니다.

대부분 전기차의 앞 또는 뒤 차축 근처에 장착되며, 종종 감속기와 일체형으로 구성됩니다. 단일 모터 또는 전후방 듀얼 모터 시스템으로 설계됩니다.

전기 배터리에서 공급된 직류 전기(DC)를 인버터가 교류 전기(AC)로 변환하면, 이 전류가 모터에 인가되어 회전 운동을 생성하고 이 회전력이 감속기를 거쳐 바퀴로 전달됩니다.

구동 모터의 기능

차량 구동을 위한 토크 제공
회생 제동을 통한 에너지 회수
정밀한 속도 및 토크 제어로 주행 성능 및 승차감 향상
엔진과 달리 즉각적인 반응과 정숙성 제공

구동 모터의 종류

영구자석 동기 모터 (Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)

특징 - 회전자에 영구 자석을 사용하여 자장을 형성하는 방식입니다. 높은 에너지 효율과 출력 밀도를 가지며 소형, 경량화에 유리합니다. 정밀한 속도 및 토크 제어가 가능하여 대부분의 최신 전기차에 가장 널리 적용되고 있습니다.
장점 - 높은 효율, 우수한 출력 밀도, 정확한 제어성능.
단점 - 영구 자석에 희토류 자석이 사용되어 자원 수급 및 가격 변동의 영향을 받을 수 있습니다. 고온에서 자석의 성능이 저하될 수 있습니다.
세부 종류 - 회전자에 영구 자석이 부착되는 형태에 따라 SPM(Surface PMSM)과 IPM(Interior PMSM)으로 나뉩니다. IPM 방식이 더 넓은 속도 범위에서 효율적이며 고속 주행 시 유리하여 최근 많이 채택됩니다.

유도 모터 (Induction Motor)

특징 - 고정자의 회전 자기장이 회전자에 유도 전류를 발생시키고, 이로 인해 발생하는 자기장과의 상호작용으로 토크를 얻는 방식입니다. 구조가 비교적 간단하고 튼튼하며 가격이 저렴합니다.
장점 - 저렴한 제조 단가, 견고한 구조, 유지보수 용이, 영구 자석을 사용하지 않아 희토류 문제에서 자유로움.
단점 - PMSM에 비해 효율과 출력 밀도가 다소 낮습니다. 특히 저속에서의 효율이 떨어질 수 있습니다.
적용 사례 - 초기 테슬라 로드스터 및 모델 S/X 일부 모델에서 후륜 구동용으로 사용된 바 있으며, 비용 효율성을 고려하는 일부 전기차에 적용될 수 있습니다.

스위치드 릴럭턴스 모터 (Switched Reluctance Motor, SRM)

특징 - 회전자와 고정자 모두 돌극형(전자석이 돌출된 형태)이며, 고정자 권선에 전류를 순차적으로 공급하여 회전자가 자기 저항이 가장 작은 방향으로 움직이도록 유도하여 구동력을 얻습니다.
장점 - 영구 자석이 없고 권선이 주로 고정자에 집중되어 있어 구조가 매우 간단하고 튼튼하며 생산 단가가 저렴합니다. 고온 환경에 강하고 특정 코일에 문제가 발생해도 운전이 가능한 장점이 있습니다.
단점 - 토크 리플(torque ripple, 회전 시 토크 변동)이 크고 소음과 진동이 발생하기 쉽습니다. 정밀한 제어를 위한 복잡한 알고리즘이 필요합니다.
적용 사례 - 상용 전기차보다는 연구 개발 단계에 있거나 특정 산업용 장비에 적용되는 경우가 많지만, 최근 기술 개발을 통해 전기차 적용 가능성이 모색되고 있습니다.

구동 모터의 제조사별 명칭

제조사	통합 모듈	구성
현대/기아	PE 시스템 (Power Electric System)	인버터, 모터, 감속기 통합
테슬라	Rear Drive Inverter	인버터, 모터 통합형 구성
BMW	eDrive 시스템	모터, 인버터, 기어박스 통합
GM	TPIM (Traction Power Inverter Module)	모터 구동을 위한 전력변환 통합 모듈
르노	PEB (Power Electronics Box)	인버터, DC-DC, OBC 포함 (모터는 외부 구성)

구동 모터는 통합형인 경우가 많습니다.

구동 모터 관련 약어

약자	풀네임	한국어
PMSM	Permanent Magnet Synchronous Motor	영구자석형 동기 모터
IM	Induction Motor	유도 모터
SRM	Switched Reluctance Motor	스위치 릴럭턴스 모터
PE	Power Electric	전력 구동 시스템
TPIM	Traction Power Inverter Module	구동용 전력 변환 모듈
PEB	Power Electronics Box	전력 전자 박스
AC	Alternating Current	교류
DC	Direct Current	직류

구동 모터 고장 증상

출력 저하 - 모터 내부 손상이나 인버터 전류 이상 등으로 동력이 약화됨
갑작스러운 진동 - 회전자 불균형 또는 고정자, 베어링 문제로 인해 진동이 발생함
소음 증가 - 브러시리스 모터 불균형 또는 기계적 유격으로 소음이 발생
차량 시동 불가 - 모터 센서 불량으로 초기 구동에 실패함
회생제동 미작동 - 모터 제어 회로 이상으로 회생 에너지의 회수에 실패함

구동 모터의 수리 비용

고장 증상	예상 원인	수리 방법	수리 비용
출력 저하	권선 단락, 내부 쇼트	모터 단품 점검/교체	100만 ~ 250만
진동 + 소음	회전자 불균형, 베어링 마모	베어링 교체 또는 모터 밸런싱	80만 ~ 150만
시동 불가	위치 센서 불량 또는 회전자 고착	센서 교체 또는 모터 리빌트	120만 ~ 200만
회생제동 작동 안됨	인버터 또는 모터 내부 회로 오류	회로 수리 또는 시스템 교체	100만 ~ 180만
통합모듈 내장형 모터 이상	통합 PE 시스템 일체형 구성	모터 교체 불가 → 모듈 전체 교체	400만 ~ 800만

국산 차량 기준의 대략적인 금액이며 전기차는 통합 모듈화의 진행으로 모듈을 한 번에 교체할 경우 더 비쌀 수도 있습니다.

마치며

모터는 전기차의 핵심이죠. 엔진처럼 바퀴를 굴리는 부품이니 그 성능과 신뢰성이 차량의 전반적인 품질에 직결되는 부품입니다. 그래서 최근에는 모터의 효율성과 정밀한 제어 성능이 전기차의 경쟁력을 결정하기도 합니다. 그래서 전기차를 고려 중인 분이시라면 모터의 내용에 대해서 어느 정도 알고 있는 것이 많은 도움이 되겠죠. 현재 대부분 전기차는 영구자석 동기 모터와 유도 모터가 대부분 사용 중이니 이 두 가지만 알아두셔도 도움이 되실 겁니다.

[전기차] HVIL (High Voltage Interlock Loop, 고전압 인터록 루프)

[전기차] HVIL (High Voltage Interlock Loop, 고전압 인터록 루프)HVIL(고전압 인터록 루프)는 전기차의 고전압 시스템에서 중요한 안전장치입니다. 이 시스템은 고전압 부품에 접근허거나 전기 시스템을

cha-r.tistory.com

[전기차] 인버터 (Inverter)

[전기차] 인버터 (Inverter)전기차의 고전압 배터리는 직류(DC) 전기를 저장합니다. 그런데 전기차의 모터는 교류(AC) 전기로 구동이 되죠. 그렇기 때문에 배터리에서 나오는 직류 전기를 교류로 바

cha-r.tistory.com

[전기차] HV(High Voltage) 배터리 팩 (Traction Battery)

[전기차] HV 배터리 팩 (Traction Battery)전기차의 성능을 물을 때 꼭 등장하는 것이 바로 배터리입니다. 전기차에선 배터리의 스펙이 곧 전기차의 성능과 주행거리에 직결되므로 당연한 건데요. 이

cha-r.tistory.com

728x90

저작자표시 비영리 변경금지

차알

[전기차] 구동 모터 (Traction Motor)