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PMSM이 전기 자동차에 사용되는 이유는 무엇입니까? EV의 영구 자석 동기 모터에 대한 확실한 가이드
자동차용 PMSM 모터가 전기 자동차 파워트레인을 지배하는 이유를 알아보세요. 유도 모터와 같은 대안에 비해 효율성, 전력 밀도 및 실제 이점을 알아보세요.
2030년까지 2억 대에 이를 것으로 예상되는 글로벌 전기 자동차(EV) 시장이 급증함에 따라 엔지니어와 자동차 제조업체는 계속해서 하나의 중요한 구성 요소인 전기 모터를 우선시하고 있습니다. 모든 옵션 중에서 PMSM(영구자석 동기 모터)이 EV 파워트레인의 표준으로 부상했습니다. 하지만 대체 불가능한 이유는 무엇입니까? 이 기사에서는 데이터, 비교 및 업계 동향을 바탕으로 자동차용 PMSM 모터가 선택되는 기술적이고 실용적인 이유를 분석합니다.
PMSM 모터란 무엇입니까? 빠른 복습
EV 애플리케이션에 대해 자세히 알아보기 전에 PMSM은 로터에 내장된 영구 자석(일반적으로 네오디뮴 또는 사마륨-코발트)을 사용하는 브러시리스 AC 모터입니다. 회전자 전류를 생성하기 위해 전자기 유도에 의존하는 유도 모터(IM)와 달리 PMSM은 회전자 속도를 고정자의 회전 자기장과 동기화하여 정밀한 제어와 뛰어난 효율성을 가능하게 합니다.
차량용 PMSM 모터가 EV 파워트레인을 선도하는 5가지 주요 이유
1. 비교할 수 없는 효율성: 주행 불안에 매우 중요
EV 범위는 소비자의 주요 관심사이며 PMSM은 이를 직접적으로 해결합니다. 영구 자석 회전자 설계 덕분에:
·최대 효율은 95%를 초과(유도 모터의 경우 ~92%)하여 작동 중 에너지 손실을 줄입니다.
·대부분의 일상 주행이 이루어지는 더 넓은 속도 범위(특히 부분 부하)에서 높은 효율성을 유지합니다.
예를 들어, Tesla의 Model 3 Long Range 변형은 PMSM 구동 영구 자석 릴럭턴스 모터(PRM) 하이브리드 시스템을 사용하여 최대 513km(WLTP) 범위를 달성합니다. 부분적으로는 PMSM의 저손실 작동 덕분입니다.
2. 높은 전력 밀도: 더 작고, 더 가볍고, 더 강력합니다.
EV 설계자는 무게와 공간을 최소화하면서 전력을 최대화해야 한다는 끊임없는 균형에 직면해 있습니다. PMSM은 다음과 같은 점에서 탁월합니다.
·영구 자석은 로터에 부피가 큰 구리 권선이 필요하지 않으므로 로터 크기와 무게가 줄어듭니다.
·출력 밀도(단위 질량당 전력 출력)는 유도 모터보다 2~3배 높기 때문에 소형 모터가 200kW(270hp) 이상을 전달할 수 있어 Porsche Taycan과 같은 고성능 EV에 이상적입니다.
이러한 컴팩트함은 최신 EV의 주요 판매 포인트인 배터리 또는 객실을 위한 공간을 확보합니다.
3. 우수한 제어 정밀도: 부드러운 성능 및 주행성
EV는 반응성이 뛰어난 가속, 조용한 작동, 정밀한 토크 제어를 요구합니다. PMSM은 다음을 제공합니다.
·제로 로터 슬립은 동기식 회전을 보장하므로 벡터 제어(FOC)를 통해 밀리초 수준의 토크 조정이 가능합니다.
·감소된 토크 리플(진동)은 더 부드러운 가속과 더 조용한 승차감을 제공합니다. 이는 럭셔리 시장을 겨냥한 프리미엄 EV에 매우 중요합니다.
예를 들어 BMW의 i4는 PMSM 기술을 활용하여 "원페달 주행" 정밀도를 달성하고 운전자의 편안함을 향상시킵니다.
4. 열 안정성: 모든 조건에서의 신뢰성
EV 모터는 극한의 온도(-40°C ~ 85°C)에서 작동하며 반복되는 가속/감속 주기를 견뎌야 합니다. PMSM은 다른 대안보다 성능이 뛰어납니다.
·영구 자석은 온도 범위 전반에 걸쳐(적절한 코팅 사용) 자화 안정성을 유지하여 일부 고전력 IM에서 볼 수 있는 감자 위험을 방지합니다.
·로터 손실이 낮으면 열 발생이 줄어들어 냉각 시스템 설계가 단순화되고 비용이 절감됩니다.
5. 첨단 기술과의 호환성
최신 EV에는 회생 제동, OTA(무선) 업데이트 및 스마트 토크 벡터링이 통합되어 있습니다. PMSM은 본질적으로 호환됩니다.
·역방향 작동 효율이 높아 회생 제동 효율이 향상됩니다(IM보다 최대 20% 더 많은 에너지 회수).
·센서리스 제어 알고리즘(PMSM에서 흔히 사용됨)은 확장 가능한 EV 생산의 핵심인 비용 효율적이고 유지 관리가 필요 없는 작동을 가능하게 합니다.
실제 채택: 주요 EV의 PMSM
·Tesla Model S/X Plaid: 듀얼 영구 자석 모터(전면: 유도, 후면: PMSM)로 균형 잡힌 출력과 효율성을 제공합니다.
·현대 아이오닉 6: 후륜 구동 PMSM은 225kW(302hp), 582km 범위(WLTP)를 제공합니다.
·Rivian R1T: 오프로드 민첩성을 위한 토크 벡터링을 가능하게 하는 4개의 독립적인 PMSM(바퀴당 1개)입니다.
미래: 차량용 PMSM 모터가 EV를 지배할 것입니다.
자동차 제조업체가 더 긴 주행 거리, 더 빠른 충전, 더 낮은 비용을 추구함에 따라 PMSM은 계속해서 중심을 차지할 것입니다. 세그먼트형 자석(희토류 의존도 감소) 및 실리콘 카바이드(SiC) 인버터(효율성 향상)와 같은 혁신은 입지를 강화할 뿐입니다.
결론
EV에서 자동차용 PMSM 모터의 지배력은 우연이 아닙니다. 이는 타의 추종을 불허하는 효율성, 전력 밀도 및 제어 정밀도의 결과입니다. 자동차 제조업체에게 PMSM을 선택한다는 것은 오늘날의 EV를 정의하는 범위, 성능 및 신뢰성을 제공한다는 것을 의미합니다. 소비자에게는 더 긴 주행 거리, 더 부드러운 승차감, 더 낮은 운영 비용을 의미합니다. EV 혁명이 가속화됨에 따라 PMSM은 후드 아래에서 이름 없는 영웅으로 남을 것입니다.