전기 자동차(EV)는 하나 이상의 전기 모터에 전기를 공급하는 고용량 배터리 팩으로 구동됩니다.
이 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하여 바퀴를 구동합니다.
EV는 일반적으로 회생 제동 시스템을 사용하여 감속 중에 에너지를 포착하여 효율성을 향상시킵니다.
주요 구성 요소에는 모터 기능을 제어하는 전력 전자 장치와 성능 및 수명을 위해 충전, 방전 및 열 조절을 최적화하는 배터리 관리 시스템이 포함됩니다.
전기모터의 기본 구성 요소를 알아보겠습니다
전기 모터는 기본적으로 세 가지 기본 구성 요소로 구성됩니다.
고정자:
권선이나 영구 자석을 수용하는 모터의 고정 부분입니다.
고정자는 코일을 통해 전류가 흐를 때 자기장을 생성합니다.
로터:
고정자 내부에 위치한 회전 부분입니다.
로터는 코일로 감을 수도 있고 영구 자석을 장착할 수도 있습니다.
고정자에 의해 생성된 자기장에 의해 구동되어 회전하게 됩니다.
정류자(또는 컨트롤러):
DC 모터에서 정류자는 회전자 권선의 전류 방향을 바꾸어 지속적인 회전을 보장합니다.
AC 모터에서는 전자 컨트롤러가 전원 공급 장치와 주파수를 관리하여 성능을 최적화합니다.
이러한 구성 요소는 함께 작동하여 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하여 소형 장치에서 대형 기계에 이르기까지 다양한 응용 분야를 가능하게 합니다.
전기모터의 기본원리
전기모터의 작동 원리는 '오른손 법칙'과 '플레밍의 왼손 법칙'에 기반합니다.
이는 전류가 흐르는 도체가 자기장 내에서 힘을 받는 현상을 설명합니다.
전류가 흐르는 도체가 외부 자기장과 상호작용할 때, 도체에 수직 방향으로 힘이 발생하며, 이 힘은 도체를 움직이게 합니다.
AC 유도 모터
AC 유도 모터는 교류 전원을 사용합니다.
고정자에 교류 전류가 흐르면 변화하는 자기장이 생성됩니다.
이 변화하는 자기장은 회전자에 유도 전류를 생성하며, 이 유도 전류가 다시 자기장과 상호작용하여 회전자를 회전시킵니다.
유도 모터는 '자기 유도'라는 현상을 이용하기 때문에 브러시가 없는 것이 특징입니다.
DC 브러시리스 모터
DC 브러시리스 모터는 직류 전원을 사용하며, 고정자에는 전자석이, 회전자에는 영구 자석이 사용됩니다.
전자기 제어 장치(ECU)가 고정자의 전자석을 순차적으로 활성화하여 회전자의 영구 자석을 끌어당기고 밀어내는 방식으로 회전자를 회전시킵니다.
이 과정은 매우 빠르게 일어나며, 이를 통해 높은 효율과 정밀한 속도 제어가 가능합니다.
전기차에서의 전기모터 사용
전기차는 이러한 전기모터의 원리를 이용하여 구동됩니다.
배터리에서 저장된 전기에너지가 모터를 통해 기계적 에너지로 변환되며, 이 기계적 에너지가 차량의 바퀴를 회전시켜 차량을 전진하게 합니다.
전기모터는 내연기관 대비 높은 효율, 즉각적인 토크 제공, 소음 및 진동의 감소 등의 이점을 제공합니다.
플러그인 하이브리드를 보겠습니다
PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, 플러그인 하이브리드 전기차)는 내연기관과 전기 모터를 결합한 차량으로, 외부 전원에서 충전할 수 있는 배터리를 사용하는 것이 특징입니다.
PHEV는 순수 전기 모드에서는 배터리에 저장된 전력을 사용하여 운행하고, 배터리의 전력이 소진되면 내연기관이 작동하여 차량을 구동시킵니다.
이로 인해 완전 전기차(EV)에 비해 긴 주행 거리를 제공하며, 동시에 내연기관 차량 대비 낮은 배출가스와 향상된 연비의 이점을 갖습니다.
PHEV는 일상적인 짧은 거리 운행에서는 순수 전기차처럼 운행할 수 있어 대기오염 물질 배출이 없으며, 장거리 운행 시에는 내연기관의 사용으로 주행 거리에 대한 걱정 없이 운행할 수 있습니다.
이러한 특성 덕분에 PHEV는 전기차와 내연기관 차량의 장점을 결합한 중간 단계의 차량으로, 전기차로의 전환 과정에서 중요한 역할을 하고 있습니다.
또한, 외부 전원에서 배터리를 충전할 수 있어 에너지 효율이 높고, 전기 모드에서 운행할 때는 조용하고 부드러운 주행 경험을 제공합니다.
고정자와 회전자, 하우징의 역할을 살펴보겠습니다
전기차의 전기모터 제조에 있어 고정자(Stator), 회전자(Rotor), 하우징은 핵심 구성 요소입니다.
고정자는 주로 전기적 강철(실리콘 강철)로 만들어지며, 이는 자기 특성이 우수해 전기모터의 효율을 높입니다.
고정자의 코일은 구리 와이어로 제작되는데, 이는 전기 전도율이 높아 전류를 효과적으로 전달할 수 있습니다.
회전자는 영구 자석 또는 강철과 같은 재료로 만들어집니다.
영구 자석을 사용하는 경우, 네오디뮴(NdFeB)과 같은 고성능 자석이 사용되어 높은 효율과 강력한 토크를 제공합니다.
하우징은 모터의 외부를 보호하고 내부 구성 요소를 지지하는 역할을 합니다.
주로 알루미늄 합금이나 강철로 제작되는데, 이는 내구성이 뛰어나고 열 전도성이 좋아 내부 열을 효과적으로 방출할 수 있습니다.
또한, 가벼운 무게로 제작되어 전기차의 전체 중량을 줄이는 데 기여합니다.
고정자, 회전자 및 하우징은 전기 모터의 필수 구성 요소이며 각각 작동에 중요한 역할을 합니다.
고정자:
고정자는 모터의 고정 부분으로, 일반적으로 에너지 손실을 줄이기 위해 적층 철로 만든 코어로 구성됩니다.
여기에는 전류가 흐를 때 자기장을 생성하는 권선 코일이 포함되어 있습니다.
이 자기장의 강도와 구성은 로터의 움직임을 유도하는 데 필수적입니다.
일부 모터에는 코일 대신 영구자석을 사용해 효율을 높이고 설계를 단순화했습니다.
고정자는 다른 모터 구성 요소를 지원하는 프레임워크 역할도 합니다.
로터:
로터는 고정자 내에 위치한 회전 요소입니다.
일반적으로 구리같은 전도성 물질로 구성되며 코일로 감거나 영구 자석을 포함할 수 있습니다.
고정자의 자기장이 회전자와 상호 작용하면 토크가 발생하여 회전자가 회전하게 됩니다.
로터의 설계는 모터의 효율과 속도 특성에 영향을 미칩니다.
하우징:
금속이나 강화 플라스틱과 같은 내구성이 뛰어난 재료로 제작되는 하우징은 모터의 구성 요소를 감싸 구조적 무결성을 제공하고 외부 요소로부터 보호합니다.
작동 중에 발생하는 열을 방출하는 데 도움이 되며 통풍구 또는 냉각 메커니즘이 포함될 수 있습니다.
또한 하우징은 소음과 진동을 최소화하는 역할을 하여 모터의 전반적인 성능과 수명에 기여합니다.
하우징의 적절한 밀봉은 먼지와 습기의 유입을 방지하여 다양한 환경에서 안정적인 작동을 보장합니다.
이러한 구성 요소는 함께 전기 에너지를 기계 에너지로 효율적으로 변환하여 가전제품부터 산업 기계에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 전기 모터를 필수적으로 만듭니다.
고정자, 회전자, 하우징은 전기 자동차 모터의 성능과 내구성에 매우 중요합니다.
고정자는 회전자를 구동하는 자기장을 생성하고, 이는 다시 기계적 회전을 생성하여 바퀴에 동력을 공급합니다.
하우징은 이러한 구성 요소를 감싸고 보호하여 구조적 무결성과 효율적인 열 방출을 보장합니다.
이 두 가지가 함께 전기 모터의 핵심을 형성하여 효율적인 에너지 변환과 안정적인 작동을 가능하게 하며, 이는 전기 자동차의 전반적인 성능과 수명에 매우 중요합니다.
