[논문]전기자동차용 구동모터 및 Motorized-System기술개발

정상용; 최해용; 임성엽; 김기남; 김호기

전기자동차용 구동모터 및 Motorized-System기술개발
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정상용 (현대기아자동차 연구개발본부 전기동력개발팀) , 최해용 (현대기아자동차 연구개발본부 전기동력개발팀) , 임성엽 (현대기아자동차 연구개발본부 전기동력개발팀) , 김기남 (현대기아자동차 연구개발본부 전기동력개발팀) , 김호기 (현대기아자동차 연구개발본부 전기동력개발팀)

최근 자동차시스템의 고품위화에 대한 요구가 지속적으로 증대되어 자동차의 전기시스템화가 급속히 진행되고 있다. 향후 하이브리드 전기자동차 및 연료전지자동차 그리고 차세대 파워트레인의 구동모터에 이르기까지 전기구동모터의 영역은 지속적으로 확대되고 있으며 이러한 움직임은 자동차 전기시스템의 구조자체에 대한 변화를 요구하고 있다. 따라서 본 논문에서는 최근 자동차분야에서의 모터구동시스템의 주요연구 분야에 대해 기술하며 기술발전에 있어서의 문제점 및 극복해야 할 과제에 대해서 논의한다. 차량관점에서의 개선목표를 제시하며 이를 달성하기 위한 핵심기술 및 세부요소기술에 대한 동향을 함께 제시한다. 이를 통하여 모터구동시스템 자체만의 독립적인 기술이 아닌 차량을 고려한 모터 구동시스템의 기술발전에 대한 필요성에 대해 강조한다.

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문제 정의

본 논문에서는 현 자동차시스템에 적용중인 전기모터와 함께 전기자동차용 구동모터 및 Motorized-System에 대한 기술개발단계예 대하여 논의한다.

성능/효과

기발기술의 발전과 함께 환경오염문제와 화석연료의 고갈은 자동차 산업에 있어 전기모터의 폭발적 적용증대라는 결과를 낳았다. 이것은 세계 주요 자동차 생산국가에서 동일하게 나타나고 있으며 예로서 유럽시장의 경우 자동차용 소형 전기모터 수요는 2005년에 2000년을 기준으로 45%가 증가한 8억3천만 유닛으로 예상하고 있다.
모터기술관점에서 볼때 소형모터에 있어 가장 큰 관심은 소형경량화에 맞추어져 있으며 이러한 이유에 근거하여 영구자석 (브러쉬 및 브러쉬리스) 모터가 현재 자동차용모터의 대부분을 차지하고 있다. 영구자석 재질 및 전력소자의 획기적개선은 영구자석 느러쉬리스 모터를 급속히 발전시켰으며, 그 결과 출력밀도, 효율 및 소음/진동과 아울러 감소된 방사노이즈 및 전기적 스파크가 획기적으로 개선되었다. 기술동향측면에서 향후 브러쉬리스 모터가 종래의 영구자석형 브러쉬모터를 대체할 것으로 보이며, 점차로 그 적용 범위가 확대될 것이다.

후속연구

영구자석 재질 및 전력소자의 획기적개선은 영구자석 느러쉬리스 모터를 급속히 발전시켰으며, 그 결과 출력밀도, 효율 및 소음/진동과 아울러 감소된 방사노이즈 및 전기적 스파크가 획기적으로 개선되었다. 기술동향측면에서 향후 브러쉬리스 모터가 종래의 영구자석형 브러쉬모터를 대체할 것으로 보이며, 점차로 그 적용 범위가 확대될 것이다.
특히 조향시스템의 경우 전기동력화가 가장 빠르게 진행되고 있으며 국내에도 전동식 조향시스템의 양산적용이 실현되었다. 앞으로의 기술동향을 볼때 최소한의 기계장치를 제외한 전기동력 조향시스템의 개발도 가능할 것으로 예상된다.
최근에는 전기모터의 수의 증가와 더불어 자동차에서 요구하는 전기에너지의 급속한 증가에 따라 시스템 전압체계 (현 MV)에 대한 검토가 요구되고 있다. 이러한 움직임에 따라서 기존 브러쉬직류모터를 대체할 제어용모터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 향후 5년안에 X-by—wire와 같은 순수 전기동력제어시스템이 시장에 출시될 것으로 보인다. 모터기술관점에서 볼때 소형모터에 있어 가장 큰 관심은 소형경량화에 맞추어져 있으며 이러한 이유에 근거하여 영구자석 (브러쉬 및 브러쉬리스) 모터가 현재 자동차용모터의 대부분을 차지하고 있다.
lkW급 이하의 전기동력시스템의 경우 기존의 유압시스템을 대신하는 Motorized-System에 대한 연구로 관심이 집중되고 있다. 특히 조향시스템을 기초로하는 X—by-wire기술의 경우 유지보수에 대한 편의성과 고급화된 전기전자기술의 신뢰성에 기인하여 향후 5년이후에는 양산차량으로의 적용이 시도될 것으로 예상된다. 현재까지 전기동력시스템의 보편화에 가장 큰 걸림돌은 대형 에너지 저장장치 의 개 발과 운전자의 안전을 보장하기 위한 전기전자시스템의 Back-up기능에 대한 신뢰성 문제이다.
현재까지 대용량의 에너지 저장을 위한 가장 현실적인 대안으로 활발히 연구되고 있는 연료전지눈 앞으로 10 년이내에 상품화가 가능할 것으로 예상된다.

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