전기차에서 모터는 왜 회전할까?(모터 회전원리, 전기차 인버터의 필요성)

 

 

 전기차의 모터가 어떻게 회전하는지 알아보기 전에, 그 기본 원리를 이해하는 것이 중요하다. 전기차에 대해 잘 모르는 사람들은 흔히 "배터리에서 에너지를 가져다 쓰는데 왜 이렇게 복잡해?"라는 질문을 받은 적이 있다. 이번 글은 이런 질문에 대한 답을 간단하게 풀어보고자 한다.

 

전기차의 핵심이 모터라하는데 모터란 무엇일까?

왜 인버터가 필요할까?

 

먼저, 전기차의 배터리는 직류(DC) 전원을 공급한다. 하지만 대부분의 전기차 모터는 교류(AC)로 작동된다. 여기서 인버터의 역할이 중요한데, 인버터는 배터리에서 나온 직류 전기를 교류로 변환하고, 이를 통해 모터의 속도와 회전 방향을 제어하게 된다.

 

모터의 작동 원리를 제대로 이해하려면 전자기학과 전기의 기초, 페러데이 법칙, 그리고 맥스웰 방정식 등을 알아야 하지만, 복잡한 이론을 전부 설명하는 것보다는 중요한 원리들만 간단히 짚고 넘어가자(세세한 내용은 다른 글을 확인해 주시길)

전기 모터의 핵심 원리: 로렌츠 힘

전기 모터의 회전은 로렌츠 힘(Lorentz Force)이라는 물리 법칙에 기초한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다:

 

F = BLI

 

여기서 F는 힘, B는 자기장의 세기, L은 전류가 흐르는 도체의 길이, I는 전류의 크기다. 이 공식을 통해, 전류가 흐르는 도체가 자기장 내에서 힘을 받는다는 것을 알 수 있다. 이 힘이 바로 모터를 회전시키는 원동력이다.

모터가 회전하는 과정

 

 

전기차의 모터가 회전하는 과정을 단계별로 설명해 보자.

1. 전류 공급
   배터리에서 인버터를 거쳐 모터 코일에 전류가 공급된다. 이 전류는 모터 내부의 자기장을 형성하게 된다. 이 과정은 페러데이의 전자기 유도 법칙을 기반으로 설명된다.
2. 자속(자기장) 생성
   코일에 흐르는 전류에 의해 자속, 즉 자기장이 발생한다. 이 자기장은 모터의 회전자(rotor)와 상호작용하게 되는데, 이때 모터의 내부에 있는 영구 자석이나 외부에서 가해진 자기장과의 상호작용이 중요하다.
3. 로렌츠 힘에 의한 회전
   자기장과 전류가 상호작용하면서 로렌츠 힘이 발생하고, 이 힘이 모터를 회전시키는 원동력으로 작용한다. 전류와 자기장이 만나는 부분에서 힘이 발생하고, 이 힘이 모터의 회전 운동을 이끈다.
4. 역기전력(Back EMF)의 발생
   모터가 회전하면 '역기전력'이 발생한다. 역기전력은 모터의 회전 속도에 비례하여 증가하며, 이는 모터로 들어오는 전류를 방해하는 역할을 한다. 모터의 속도가 빨라질수록 역기전력도 커지기 때문에, 이를 제어하는 것이 모터 제어의 핵심 중 하나이다.

왜 인버터가 중요한가?

인버터는 단순히 직류를 교류로 바꾸는 역할 외에도, 전류의 크기와 주파수를 조절하여 모터의 속도와 방향을 제어한다. 특히, 전기차가 정지 상태에서 출발하거나, 고속 주행 중일 때 인버터는 매우 정밀한 제어를 통해 최적의 주행 성능을 유지하게 하니 결국 인버터와 모터는 하나의 세트라는 사실만을 주지하자