전기차 모터 축방향 자속 모터, 방사형 자속모터 비교[Radial-flux, Axial-flux장단점 특징 비교]

 

전기차동차의 핵심인 구동모터는 간단히 설명하면 전기에너지를 기계에너지로 변환하여 동력을 발생시킨다.

 

현시장에서 대세는 IPMSM모터로 어렵게 생각할 것 없이 전기차 그냥 모터를 사용한다 정도만을 이해하면 된다.

 

물론 깊이 들어가면 굉장히 복잡해지지만 우선은 모터를 사용한다는 개념에서 이야기를 진행해 보자

전기차용 구동모터 IPMSM에 대한 분석

 

보통 전기차용 모터는 내전형 전동기(회전자가 내부에서 회전하는 전동기)를 사용하는데 일반적으로 여기서 회전자에 자석을 배치하여 전력을 인가해 파워를 더욱 올려준다.

 

이러한 구조에서 대부분의 모터는 Radial-flux (방사형 자속)을 사용하지만 몇 년 전부터 대두화 되던 것이 축방향 자속 (axial-flux)이다.

 

예시를 가장 쉽게들 자면 아래와 같은 그림으로 들 수 있는데 좌측은 방사형 우측은 축방향 자속의 형상을 나타낸다

 

출처-https://spectrum.ieee.org/axial-flux-motor

Radial- flux과 Axial- flux의 비교

특징	Radial- flux	Axial- flux
구조	고정자와 회전자가 방사형으로 배치	고정자와 회전자가 축방향으로 배치
효율성	전자기적 손실 최소화로 높은 효율성	축방향 자속 밀도로 높은 토크 밀도
토크 밀도	적절한 간격 유지 시 높은 토크 생성	높은 토크 밀도를 제공
공간 효율성	일반적인 크기와 형태	컴팩트한 디자인 가능
설계 난이도	비교적 단순한 설계	설계 및 제조가 복잡함
열 관리	적절한 간격 유지로 열 분산 원활	더 나은 냉각 효율성 제공
운전 조건	속도, 하중, 온도에 따른 변동 가능	온도 변화에 따른 축방향 간격 유지 필요

 

대충 표로 정리해 보자면 다음과 같은 특성을 지니게 되는데 사실 Axial- flux모터의 가장 큰 장점은 동일 중량대비 압도적인 토크밀도를 가진다는 거다.

 

이는 모터의 요크가 생략되어 나타는 현생으로 아래 그림에서 보이는 부분들을 생략할 수 있어 굉장히 동일 중량대비 압도적인 성능을 자랑한다. 

 

물론 현제 상용화된 라인업이나 전기차들이 있긴 하지만 이렇게 좋은걸 왜 다른 회사는 안 쓰는데요 라는 질문을 한다면

그만큼 단점도 많기 때문이라 대답할 수 있다

 

가장 큰 문제는 개발난이도와 내구성으로 요크가 없다는 건 그만큼 무게에서 이점을 가져가지만 전형적인 트레이드오프관계로 기계적 강도가 내려간다 생각하면 되고

 

또한, 크기가 작아도 동일 파워를 낸다는 것은 결국 발열 문제와 직결되므로 냉각시스템의 설계난이도 또한 기하급수적으로 올라간다.

 

물론 크기를 작게 만든다는 건 곧 연비향상, 주행거리증가, 가격감소 같은 특징들로 이어지는 만큼 개발을 해야 하는 기술이지만 아직은 개발단계의 기술을 소개한다 정도의 개념만을 가지고 넘어가도록 하자