자동차에 영구자석 동기모터를 사용하면 어떤 이점이 있나요?

빠르게 진화하는 자동차 전기화 환경에서전동 파워트레인현대 전기자동차(EV)와 하이브리드 전기자동차(HEV)의 심장이 되었습니다.

사용 가능한 다양한 모터 기술 중에서 PMSM(영구자석 동기 모터)이 지배적인 힘으로 부상하여 차량 성능, 효율성 및 편안함에 대한 우리의 생각 방식에 혁명을 일으켰습니다. 이 블로그에서는 자동차에 PMSM을 사용함으로써 얻을 수 있는 다양한 이점을 조사하고, PMSM의 설계 장점을 강조하고, 다양한 유형의 전기 자동차와의 호환성을 탐구하며, 업계 전반의 응용 분야를 반영하는 대표적인 차량 케이스로 보완할 것입니다.

최신 EV/HEV 파워트레인에서 영구자석 동기 모터로의 전환

자동차 산업은 전통적인 내연기관에서 벗어나 보다 깨끗하고 효율적인 전기 파워트레인으로 전환하는 등 엄청난 변화를 겪고 있습니다. 영구 자석 동기 모터는 우수한 성능 특성과 다양한 차량 아키텍처에 대한 적응성 덕분에 이러한 변화에서 중추적인 역할을 해왔습니다.

높은 전력 밀도, 탁월한 효율성 및 정밀한 제어 기능을 제공하는 능력으로 인해 Tesla, BMW, Toyota와 같은 글로벌 거대 기업부터 선도적인 국내 브랜드에 이르기까지 환경에 미치는 영향을 줄이면서 운전 경험을 향상시키려는 전 세계 주요 자동차 제조업체가 선호하는 선택이 되었습니다. 2024년까지 PMSM(특히 헤어핀형 변형)은 Tesla의 모델 시리즈, BYD의 Han/EV 라인업, Toyota의 Prius 하이브리드와 같은 모델이 모두 이 모터 기술을 핵심 파워트레인 구성 요소로 채택하면서 신에너지 승용차에 거의 70%의 보급률을 달성했습니다.

핵심 장점 1: 확장된 범위에 대한 탁월한 에너지 효율성

PMSM의 가장 중요한 이점 중 하나는 탁월한 에너지 효율성입니다. 자기장을 생성하기 위해 추가 에너지가 필요한 유도 전동기와 달리 PMSM은 영구 자석을 활용하여 일정한 자속을 생성합니다.

그 결과 에너지 손실이 낮아지고 전체 효율이 높아져 1회 충전으로 주행 거리가 길어집니다. BYD Han EV 및 Tesla Model 3와 같이 PMSM이 장착된 많은 주류 전기 세단은 표준 테스트 주기에서 600km가 넘는 총 주행 거리를 달성하며, 최상위 모델은 심지어 700km를 초과합니다. 이는 주로 95% 이상(기존 유도 모터보다 5~10% 더 좋음)에 도달하는 모터의 효율성 이점에 기인합니다. 상용차의 경우 PMS가 장착된 전기 트럭과 버스는 다른 모터 유형을 사용하는 트럭과 버스에 비해 에너지 소비가 10~15% 낮아 차량 운영자의 운영 비용이 크게 절감됩니다.

EV 소유자의 경우 이는 충전소에 정차하는 횟수가 줄어들고 장거리 여행을 계획할 때 마음의 평화가 더 커진다는 것을 의미합니다. 또한 향상된 효율성은 차량 수명 동안 에너지 소비를 줄여 총 소유 비용을 낮추는 데 도움이 됩니다.

핵심 장점 2: 즉각적인 토크를 통한 고성능 주행

PMSM은 즉각적인 토크를 전달하는 능력으로 유명하며, 운전자에게 반응성이 뛰어나고 짜릿한 운전 경험을 제공합니다. 모터의 설계는 빠른 가속을 가능하게 하여 차량이 빠르고 원활하게 고속도로 속도에 도달할 수 있게 해줍니다.

Nissan Leaf 및 BYD Song PLUS EV와 같이 PMSM이 장착된 대부분의 중형 전기 자동차는 7~10초 만에 0km/h에서 100km/h까지 가속할 수 있는 반면, Tesla Model 3 Performance 및 BYD Tang EV 고성능 에디션과 같은 고성능 변형(종종 듀얼 PMSM 장착)은 5초 이내에 스프린트를 완료할 수 있습니다. 이러한 즉각적인 토크 전달은 빈번한 정지 및 시동으로 인해 빠른 응답성이 요구되는 도시 주행 시나리오에서 특히 유용합니다. 또한 PMSM이 제공하는 정밀한 제어 기능은 부드럽고 제어된 방식으로 동력을 전달하여 코너링, 추월 또는 고르지 않은 도로 조건에서 차량 안정성과 핸들링을 향상시킵니다. 이는 BMW i4와 같은 고급 EV에서 분명히 나타나는 장점입니다.

핵심 장점 3: 차량 민첩성을 위한 소형 및 경량 설계

PMSM의 또 다른 주요 장점은 작고 가벼운 디자인입니다. 다른 모터 유형에 비해 PMSM은 더 작고 간소화된 패키지로 더 높은 출력을 달성할 수 있어 차량 내 배터리, 승객 편의 기능 또는 화물 보관을 위한 귀중한 공간을 확보할 수 있습니다.

많은 자동차 제조업체는 PMSM을 모듈형 파워트레인 시스템에 통합하고 있으며, BMW iX3 및 NIO ET 시리즈와 같은 모델은 모터의 컴팩트한 크기를 활용하여 내부 공간을 손상시키지 않으면서 유연한 배치(전면, 후면 또는 4륜 구동 구성)를 수행합니다. PMSM의 무게 감소는 차량 민첩성 향상에도 기여합니다. 1kg을 절약하면 가속력이 향상되고 제동 거리가 짧아지며 코너링이 더욱 민첩해집니다. 배터리 무게가 주요 고려 사항인 전기 자동차의 경우 PMSM의 경량 특성은 폭스바겐 ID.3과 같은 소형 EV에서 볼 수 있듯이 전체 차량 질량을 상쇄하여 간접적으로 주행 거리를 늘리는 데 도움이 됩니다.

핵심 장점 4: 고급 NVH 제어를 통한 조용한 승차감

소음, 진동, 충격은 전반적인 운전 경험에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. PMSM은 원활한 작동과 진동 및 소음 방출을 최소화하는 고유한 설계 장점 덕분에 이 분야에서 탁월합니다.

내연 기관이나 일부 유도 모터와 달리 PMSM은 특히 저속에서 중간 속도까지 최소한의 기계적 소음으로 작동합니다. Mercedes-Benz EQE 및 BMW i4와 같은 고급 전기 자동차는 이러한 강점을 활용하여 PMSM을 추가 방음 장치와 결합하여 고속도로 순항 중에도 도로 소음과 바람 소리가 거의 감지되지 않는 실내 환경을 만듭니다. 이러한 조용한 작동은 승객의 편안함을 향상시킬 뿐만 아니라 차량의 인지된 품질을 높여 많은 최신 EV의 프리미엄 포지셔닝에 부합합니다.

호환성 숙달: 하이브리드, 플러그인 및 완전 전기 자동차의 PMSM

영구자석 동기 모터다재다능하고 다양한 유형의 전기 자동차에 원활하게 통합될 수 있어 자동차 제조업체가 유연한 선택을 할 수 있습니다.

하이브리드 차량에서 PMSM은 내연기관과 함께 작동하여 가속이나 언덕 오르기 중에 추가 전력을 제공하는 동시에 회생 제동을 통해 에너지를 포착합니다. 이를 통해 Toyota Prius 및 Honda CR-V Hybrid와 같은 최고 판매 하이브리드 모델은 가솔린 전용 모델보다 20~30% 더 나은 연료 효율성을 달성할 수 있습니다. 플러그인 하이브리드 및 완전 전기 자동차에서 PMSM은 BYD Song PLUS DM-i 및 Volkswagen ID에서 입증된 것처럼 일상 통근 및 장거리 여행에 일관된 성능과 효율성을 제공하는 기본 또는 단독 전원 공급원 역할을 하는 경우가 많습니다. 시리즈(BEV). PMSM은 전기 버스 및 배달용 밴과 같은 상업용 차량에서도 높은 적재 용량과 컴팩트한 디자인, 낮은 작동 소음의 균형을 유지하는 기능으로 인해 널리 채택되고 있습니다.

미래 트렌드: 스마트 제어 및 고급 파워트레인과의 통합

자동차 산업이 계속 발전함에 따라 PMSM은 전기 운전의 미래에서 훨씬 더 중요한 역할을 할 준비가 되어 있습니다. 스마트 제어 시스템과 첨단 파워트레인 기술의 통합으로 성능과 효율성이 더욱 향상됩니다.

예를 들어, 현재 많은 자동차 제조업체에서는 PMSM을 실리콘 카바이드(SiC) 전력 전자 장치와 결합하여 에너지 손실을 줄이고 더 빠르고 정확한 모터 제어가 가능합니다. 이는 NIO ET7과 같은 고급 모델에서 이미 볼 수 있는 업그레이드입니다. 인공 지능과 기계 학습 알고리즘의 사용도 점점 보편화되고 있습니다. 이러한 시스템은 운전 조건, 운전자 행동, 배터리 상태를 기반으로 모터 매개변수를 실시간으로 최적화하여 효율성과 성능을 극대화합니다. 또한 무선 충전, 고전압 플랫폼 및 배터리 관리 시스템의 발전은 PMSM을 더욱 보완하여 EV 범위를 확장하고 충전 시간을 단축할 것입니다.

결론: PMSM – 전기 운전 우수성의 초석

결론적으로, 영구 자석 동기 모터는 자동차 전기화의 초석을 대표하며 에너지 효율성, 고성능, 컴팩트한 디자인 및 조용한 작동의 강력한 조합을 제공합니다. 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 완전 전기 자동차와의 폭넓은 호환성 덕분에 다양한 시장 요구 사항을 충족하려는 자동차 제조업체에게 다양한 선택이 가능합니다.

주류 통근 차량(예: Volkswagen ID.3)부터 고급 EV(예: Mercedes-Benz EQE) 및 하이브리드 주요 차량(예: Toyota Prius)에 이르기까지 PMSM은 여러 응용 분야에서 신뢰성과 효율성을 입증했습니다. 재료, 제어 시스템 및 파워트레인 통합의 발전을 통해 업계가 지속적으로 혁신을 거듭함에 따라 PMSM은 전기화 주행 우수성의 최전선에 남아 보다 효율적이고 지속 가능하며 즐거운 이동성의 미래를 형성할 것입니다.