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전기자동차의 핵심 

전기모터 



일반적으로 전기자동차의 핵심부품으로 배터리를 꼽습니다. 하지만 배터리만큼 전기 모터도 매우 중요한 역할을 하는데요. 그래서 오늘은 전기자동차를 비롯해 다양한 분야에서 쓰이는 전기모터에 대해 알아보겠습니다.


 

모터란 무엇인가요?

 

모터란 전력을 받아서 회전하고, 그 축에 회전력을 발생시키는 동력 기계를 뜻합니다. 자동차에 쓰이는 모터를 전동기(電動機)라고도 하죠.



 

전기모터 기술을 세계에 알린 사람은 마이클 패러데이입니다. 그는 전기와 자석이 회전운동을 발생시킬 수 있다는 사실을 증명했죠. 패러데이는 1831년 말, 1832년 초에 자신의 아이디어를 왕립협회에 발표합니다. 패러데이의 연구를 바탕으로 다른 과학자들이 다양한 전기 원리를 발견하면서 현대적인 전기모터가 개발되기 시작합니다.

 

모터는 사용 목적에 따라 여러 가지 성질의 동력 장치를 만들 수 있습니다. 그래서 종류가 매우 많고 기술적으로도 상당히 광범위합니다. 분류방식도 다양합니다. 모터는 일반적으로 전원의 종류, 구조, 동작 원리, 토크 발생 원리, 용도, 동작 형태 등으로 분류할 수 있습니다.


 

전기차에는 어떤 모터가 사용되나요?

 

오늘은 입력되는 전원에 따른 분류로 모터에 대해 알아보겠습니다. 입력되는 전원에 따라 모터는 AC모터와 DC모터 두 가지로 구분할 수 있습니다.






 

AC모터 DC모터

 

AC는 교류를 뜻합니다. 기본적으로 가정용 220V 전기를 사용하는 것이 AC모터입니다. AC모터는 다양한 분야에 광범위하게 사용됐고, 가격도 저렴합니다. DC모터보다 내구성도 뛰어납니다. 이 때문에 AC모터는 큰 힘이 있어야 하는 공작기계, 압축기 등 산업 분야에서 많이 활용됩니다. 하지만 제어가 복잡하다는 단점도 있습니다.

 

DC모터는 교류를 사용하지 않고 12V, 24V, 90V, 180V 등 직류전압을 사용하기 때문에 직류 변환 어댑터가 필요합니다. DC모터는 대부분 크기가 작고, 저렴하며, 다양한 성능을 자랑합니다. DC모터는 고정자의 전극을 마이너스와 플러스로 바꿔주기 위한 브러쉬가 필요합니다. 구조상 모터 내부의 브러쉬와 정류자가 회전시 접촉하면서 작동되는데, 이때 브러쉬가 닳아서 작동되지 않을 수 있습니다. 이런 단점을 극복하기 위해 BLDC모터, 즉 브러쉬가 없는 모터가 개발되기도 했습니다.


 

전기자동차에 사용되는 모터?



 

배터리가 내연기관의 연료탱크 역할이라면 전기모터는 엔진에 해당합니다. 전기차의 구조는 간단하게 엔진 대신 모터, 기름 아닌 전기, 연료탱크 아닌 배터리라고 표현할 수 있죠. 이 때문에 모터가 전기자동차의 성능을 좌우하기도 합니다.

 

전기자동차에 주로 사용되는 것은 AC모터입니다. DC모터가 아니라 AC모터를 사용하는 것일까요? 그 이유는 앞서 말한 DC모터의 내구성 때문입니다. DC모터는 브러쉬가 자주 마모되기 때문에 자주 교체해야 합니다. 안정성이 중요한 자동차에 사용하기 적합하지 않은 것이죠. AC모터를 사용하는 전기자동차에는 배터리와 모터 사이에 인버터가 꼭 필요합니다. 인버터를 이용해 직류를 모터에 적합한 교류로 변환시켜야 하기 때문입니다.

 

AC모터는 동기모터, 유도모터, 교류정류자모터 등 다양한 종류가 개발되었습니다. 전기자동차에 주로 쓰는 것은 동기모터입니다. 동기모터가 다른 모터들보다 작게 만들 수 있어 전기자동차에 더 적합합니다.


 

AC터에 꼭 필요한 인버터

 

AC모터를 탑재하기 위해서는 인버터가 필수적입니다. 인버터는 앞서 말했듯 배터리의 직류전류를 교류전류로 변환하는 부품입니다. 전기자동차에 탑재되는 인버터는 기존의 것보다 더 많은 것을 합니다. 변환할 때 주파수와 전류량을 조절하는 역할을 하죠. 이를 통해 인버터는 전기자동차 모터의 회전수를 제어하게 됩니다. 안정된 주행을 실현하기 위해서는 좋은 인버터가 필요한 것입니다.


 

새로운 전기모터 개발이 필요하다!


 

이처럼 전기모터는 전기자동차의 핵심기술 중 하나입니다. 전기자동차뿐만 아니라 하이브리드 자동차에도 전기모터가 사용되고 있죠. 이에 많은 업체가 좀 더 효율이 개선된 전기모터를 개발하기 위해 노력 중입니다. 최근에는 전기모터의 효율을 지금보다 두 배 높일 수 있는 이중 고정자 구조모터가 개발되었습니다.

 

전기모터를 자동차 엔진에 비유했을 때, 기존의 모터는 모두 1기통 엔진이라고 할 수 있습니다. 이중 고정자 구조 모터는 2기통 엔진에 비유할 수 있습니다. 이중 고정자 구조의 모터를 다중 고정자 구조나 다단회전자 방식과 조합하면 6기통 이상의 더 효율적인 모터를 만들 수 있습니다.

 

전기차 분야는 배터리 기술에 많은 관심이 쏠리는 게 사실입니다. 하지만 전기모터 분야의 발전도 전기차의 효율을 더 많이 끌어올릴 수 있을 것입니다. 또한 전기모터는 기존 전통 분야를 비롯해 차세대 자동차, 드론, 로봇 등 미래 동력 산업에서도 필수 요소가 될 것으로 보입니다. 앞으로 우리도 전기모터 기술에 더 많은 관심을 기울여야 하지 않을까요?



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  • 김성진 2018.11.09 04:44 신고
    전기차용 모터는 고속회전에서 토크가 감소하는 데, 그 이유가 궁금합니다.
    저속에서의 높은 토크로 출발가속은 좋은 데, 흔히 고속에서 추월가속이 필요한 데, 해결할 방법은 없는 건지요?