전기차 모터 3종 비교 — 영구자석 97%, 유도 93%, 희토류 문제

전기차 제원표에는 배터리 용량과 출력은 적혀 있어도 어떤 종류의 모터인지는 잘 나오지 않습니다. 그런데 모터 종류는 효율과 원가, 그리고 희토류 의존도까지 결정하는 항목입니다.

이 글은 전기차에 쓰이는 세 가지 모터를 효율 수치와 함께 비교합니다. 모터가 힘을 만드는 기본 원리는 전기 모터는 어떻게 움직이나에 정리했습니다.

세 가지를 한 표로

영구자석 동기모터 — 현재의 주류

회전자에 영구자석을 박아 자기장을 만드는 방식입니다. 자기장을 만들기 위해 따로 전기를 쓸 필요가 없으니 회전자 손실이 거의 없습니다. 그래서 최대 효율 95~97%로 세 방식 중 가장 높고, 발열이 적으며 정밀한 제어가 가능합니다 2차 자료.

효율이 높다는 것은 같은 배터리로 더 멀리 간다는 뜻입니다. 국내 전기차 대부분이 이 방식을 씁니다.

문제는 자석입니다. 강한 자기장을 작은 부피에서 얻으려면 네오디뮴 같은 희토류가 필요한데, 값이 비싸고 공급이 특정 국가에 집중돼 있습니다. 모터 원가가 올라가고 공급망 위험이 생기는 지점입니다.

유도모터 — 자석이 없는 대신 효율을 내준다

회전자에 자석이 없습니다. 고정자가 만든 회전 자기장이 회전자에 전류를 유도하고, 그 전류가 다시 자기장을 만들어 회전합니다.

구조가 튼튼하고 값이 싸며 희토류가 필요 없습니다. 대신 회전자에 전류가 흐르므로 그만큼 열이 나고 손실이 생깁니다. 최대 효율 90~93%로 PMSM보다 5~7%포인트 낮습니다.

그래서 유도모터는 단독으로 쓰기보다 듀얼모터 구성에서 보조축에 배치되는 경우가 있습니다. 평상시에는 거의 돌리지 않다가 가속이나 미끄러운 노면에서만 개입시키면, 효율 손해는 줄이고 원가는 아낄 수 있기 때문입니다. 듀얼모터 구성의 실제 손익은 싱글모터와 듀얼모터 비교에 있습니다.

권선형 동기모터 — 희토류 없이 효율을 노린다

세 번째 방식은 회전자에 영구자석 대신 코일을 감아 전자석으로 만드는 것입니다. 전류를 흘리면 자석이 되고, 끊으면 자기장이 사라집니다.

이 방식의 매력은 분명합니다. 희토류를 쓰지 않으면서 동기모터의 제어성과 효율을 상당 부분 확보할 수 있습니다 2차 자료. 유도모터의 저렴함과 동기모터의 성능을 절충한 자리입니다.

추가로, 자기장 세기를 전류로 조절할 수 있다는 점이 고속 영역에서 유리하게 작용합니다. 영구자석은 항상 자기장이 켜져 있어 고속에서 이를 상쇄하는 제어가 필요한데, 권선형은 필요 없을 때 그냥 끄면 됩니다.

단점은 구조입니다. 회전하는 부품에 전기를 계속 공급해야 하므로 슬립링 같은 장치가 필요하고, 그만큼 복잡해지고 관리 요소가 늘어납니다.

왜 제원표에 안 적혀 있나

구매자가 모터 종류를 직접 고를 일은 거의 없습니다. 제조사가 차급과 원가 구조에 맞춰 정하고, 제원표에는 결과값인 출력(kW)과 토크(Nm)만 표기합니다.

그래서 이 항목은 차를 고르는 기준이라기보다 왜 이 차가 이런 효율과 가격을 갖는지 설명해 주는 배경에 가깝습니다. 실제 비교에서는 모터 종류 대신 공인 전비(km/kWh)와 주행거리를 보면 됩니다.

모터 출력을 실제 바퀴 회전으로 바꾸는 과정에는 인버터와 감속기가 함께 관여합니다. 인버터의 역할은 인버터는 무슨 일을 하나에 정리했습니다.

마무리

정리하면 영구자석 동기모터(95~97%)가 효율에서 앞서지만 희토류가 필요하고, 유도모터(90~93%)는 싸고 희토류가 없지만 효율을 내주며, 권선형 동기모터는 희토류 없이 동기모터의 효율을 노리는 절충안입니다.

희토류 공급 문제가 계속되는 한 두 번째와 세 번째 방식의 비중은 늘어날 가능성이 큽니다. 다만 구매 시점에서 확인할 것은 여전히 모터 종류가 아니라 그 차의 공인 전비입니다.