독일의 새로운 순수 전기 자동차 모터, 희토류, 자석 없음, 전송 효율 96% 이상

독일 자동차 부품업체 말레가 전기차용 고효율 전동기를 개발해 희토류 수급 압박은 없을 것으로 예상된다.

내연기관과 달리 전기모터의 기본 구조와 작동 원리는 놀라울 정도로 간단하다. 많은 사람들이 어렸을 때 '사륜구동'을 가지고 놀았던 것 같아요. 그 안에 전기 모터가 있습니다.

모터의 작동 원리는 자기장이 전류의 힘에 작용하여 모터를 회전시키는 것입니다.모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 장치입니다. 이는 활성화된 코일을 사용하여 회전 자기장을 생성하고 회전자에 작용하여 자기력 회전 토크를 형성합니다.모터는 사용하기 쉽고 작동이 안정적이며 가격이 저렴하고 구조가 견고합니다.

헤어드라이어, 진공청소기 등 우리 생활에서 회전할 수 있는 많은 것에는 모터가 있습니다.

순수 전기차의 모터는 상대적으로 더 크고 복잡하지만 기본 원리는 동일합니다.

모터에서 힘을 전달하는 데 필요한 재료와 배터리에서 전기를 전도하는 재료는 모터 내부의 구리 코일입니다.자기장을 형성하는 물질은 자석이다.이는 모터를 구성하는 가장 기본적인 두 가지 재료이기도 합니다.

과거에는 전기모터에 사용되는 자석은 주로 철로 만든 영구자석이었는데, 문제는 자기장의 세기가 제한된다는 점이다.따라서 모터를 오늘날 스마트폰에 꽂을 수 있는 크기로 줄이면 필요한 자력을 얻을 수 없습니다.

그러나 1980년대에는 '네오디뮴 자석'이라는 새로운 형태의 영구자석이 등장했다.네오디뮴 자석은 기존 자석보다 강도가 약 2배 더 강합니다.그러다 보니 스마트폰보다 작고 강력한 이어폰, 헤드셋에 쓰이고 있다.또한, 우리 일상생활에서 '네오디뮴 자석'을 찾는 것은 어렵지 않습니다.이제 우리 생활 속 일부 스피커, 인덕션 쿠커, 휴대폰에는 '네오디뮴 자석'이 들어있습니다.

오늘날 EV가 이렇게 빨리 시동을 거는 이유는 모터의 크기나 출력을 획기적으로 향상시킬 수 있는 '네오디뮴 자석' 때문입니다.그러나 21세기에 들어서면서 네오디뮴 자석에 희토류를 사용하게 되면서 새로운 문제가 대두되었다.희토류 자원의 대부분은 중국에 있다. 통계에 따르면 전 세계 희토류 자석 원료의 약 97%가 중국에서 공급된다. 현재 이 자원의 수출은 엄격히 제한되어 있습니다.

네오디뮴 자석을 개발한 후 과학자들은 더 작고, 더 강하고, 더 저렴한 자석을 개발하려고 시도했지만 실패했습니다.중국이 각종 희소금속과 희토류 공급을 통제하고 있어 전기차 가격이 예상만큼 떨어지지 않을 것이라는 분석도 나온다.

그러나 최근 독일 자동차 기술·부품 개발업체 '말레(Mahle)'가 희토류 원소를 전혀 포함하지 않는 새로운 형태의 모터 개발에 성공했다.개발된 모터에는 자석이 전혀 포함되어 있지 않습니다.

모터에 대한 이러한 접근 방식은 "유도 모터"로 알려져 있으며 전류가 흐를 수 있는 자석 대신 고정자를 통해 전류를 통과시켜 자기장을 생성합니다.이때 로터가 자기장의 영향을 받으면 기전력이 발생하고 둘이 상호 작용하여 회전력을 생성합니다.

간단히 말하면 모터를 영구자석으로 감싸서 자기장을 영구적으로 생성한다면 영구자석을 전자석으로 교체하는 방법이다.이 방법은 많은 장점을 가지고 있으며 작동 원리가 간단하고 내구성이 매우 뛰어납니다.가장 중요한 점은 발열 효율의 감소가 거의 없으며, 네오디뮴 자석의 단점 중 하나는 고열이 발생하면 성능이 저하된다는 것입니다.

하지만 고정자와 회전자 사이에 전류가 계속 흐르기 때문에 발열이 매우 심한 단점도 있습니다.물론, 수확 시 발생하는 열을 잘 활용하여 자동차 실내 히터로 활용하는 것도 가능합니다.그 외에도 여러 가지 단점이 있습니다.그러나 MAHLE는 유도 전동기의 단점을 보완한 비자성 모터 개발에 성공했다고 발표했습니다.

MAHLE는 새로 개발된 무자석 모터에는 두 가지 주요 장점이 있습니다.희토류 수급 불안정에도 영향을 받지 않습니다.앞서 언급한 바와 같이 영구자석에 사용되는 희토류 금속은 현재 대부분 중국에서 공급되고 있지만 비자성 모터는 희토류 공급압력에 영향을 받지 않는다.또한, 희토류 물질을 사용하지 않기 때문에 보다 저렴한 가격으로 공급이 가능하다.

또 하나는 전기자동차에 흔히 사용되는 모터의 효율이 70~95% 정도 될 정도로 매우 좋은 효율을 보여준다는 점이다.즉, 100%의 전력을 제공하면 최대 95%의 출력을 제공할 수 있습니다.그러나 이 과정에서는 철손 등의 손실요인으로 인해 출력손실이 불가피하다.

그러나 말러의 효율성은 대부분의 경우 95% 이상이며 어떤 경우에는 96%에 이를 정도로 높다고 합니다.정확한 숫자는 발표되지 않았지만 이전 모델에 비해 범위가 약간 증가할 것으로 예상됩니다.

마지막으로 MAHLE는 개발된 무자석 모터는 일반 승용차용 전기자동차에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 증폭을 통해 상용차에도 사용될 수 있다고 설명했다.MAHLE는 대량 생산 연구를 시작했으며, 새로운 모터 개발이 완료되면 보다 안정적이고 저렴하며 효율이 높은 모터를 제공할 수 있을 것이라고 굳게 믿고 있습니다.

이 기술이 완성된다면, MAHLE의 앞선 전기모터 기술은 더 나은 전기자동차 기술을 위한 새로운 출발점이 될 수 있을 것입니다.