[오토 트렌드] '친환경차의 심장' 모터의 발전

부품 이야기

자동차를 평가하는 기준은 사람마다 다르다. 누군가에게는 연비가 뛰어난 차가, 또 누군가에게는 가격이 저렴한 차가, 다른 어떤 이에게는 디자인이 뛰어난 차가 좋은 차일 수 있다.

‘성능이 좋은 차’를 고를 때의 기준은 좀 더 구체적이다. 마력이나 토크와 같이 자동차의 심장인 엔진 성능을 나타내는 객관적 지표가 있기 때문이다. 마력은 엔진이 낼 수 있는 최대의 힘으로, 마력이 높다는 것은 곧 최고 속도가 빠르다는 것을 의미한다. 토크는 엔진이 순간적으로 내는 힘을 나타내는 지표다. 토크가 높은 차는 가속력이 좋다.

하지만 이런 수치가 하이브리드카나 전기차 등 친환경차의 성능을 100% 반영하진 않는다. 친환경차는 엔진 이외의 구동원인 모터를 장착하고 있기 때문이다. 모터의 성능은 마력이나 토크 대신 ㎾(킬로와트)라는 단위로 주로 표시된다.

친환경차가 처음 태동하기 시작한 2000년대 초반 이후 모터의 출력은 점차 커져왔다. 모터 기술이 계속 발전하고 있기 때문이다.

모터는 고정돼 있는 고정자와 회전하는 회전자로 구성된다. 0.3㎜ 이하 두께의 얇은 강판을 여러 겹 쌓고 그 표면을 코일로 둘둘 감으면 하나의 전자석이 된다. 이 전자석을 원통형으로 배치해 움직이지 못하도록 고정한 것이 고정자다. 고정자 내부에서 회전하며 운동 에너지를 만들어내는 회전자는 겹겹이 쌓은 강판 안에 영구자석을 넣어 만든다. 즉, 전자석인 고정자에 전류의 방향을 바꿔가면서 흘리면 N극과 S극이 계속해서 바뀌고, 안에 있는 영구자석은 인력과 척력을 번갈아 받으며 회전한다.

모터의 출력을 높이는 방법은 단순하다. 더 큰 영구자석과 전자석을 쓰면 된다. 하지만 자동차 내부의 한정된 공간에서 모터의 크기를 한없이 키울 수 없기 때문에, 업체들은 모터의 효율을 높이기 위해 여러 방안을 강구하고 있다. 고정자와 회전자를 구성하는 강판을 효율이 높은 소재로 바꾸거나, 강판에 코일을 더 촘촘하게 감거나, 모터 내 절연 설계를 고도화하는 방안 등이 있다.

이런 모터 기술 개량을 통해 현대자동차 LF쏘나타 하이브리드는 전 모델인 YF쏘나타 하이브리드와 동일한 출력을 내면서도 모터 무게를 1㎏ 이상 줄이는 데 성공했다. 현대·기아차가 2009년 출시한 아반떼 하이브리드와 포르테 하이브리드는 15㎾ 구동모터가 장착됐고, 2011년에 나온 쏘나타와 K5 하이브리드에는 30㎾급 모터가, 최근 나온 아이오닉 일렉트릭(전기차)에는 88㎾급 모터가 장착됐다.

1㎾는 1.3마력과 비슷하기 때문에 아이오닉 일렉트릭은 아반떼 가솔린 모델과 비슷한 120마력 정도의 힘을 낸다고 볼 수 있다. 다만 엔진·모터 회전수(rpm)가 극히 낮을 때도 최대 토크를 낼 수 있는 모터의 특성 덕분에 가속력은 전기차가 월등하다.

현대모비스 기술연구소는 현대·기아차 남양연구소와 함께 모터 등 친환경차 핵심 부품을 개발해 왔다. 모터의 출력을 높이면서도 무게를 줄여 시스템 효율화를 높이는 방향으로 연구개발을 하고 있다.

최근에는 기존 납축전지 대신 고출력 배터리를 달아 각종 전장부품 활용도를 높이고, 연비도 끌어올리는 48V 마일드 하이브리드 시스템의 핵심 부품인 시동발전기(MHSG) 기술을 개발하는 등 성과를 내고 있다.

현대모비스 기술연구소