히타치 인 휠 모터, 전기차에 활력을 불어넣을 것인가
2021-10-05 17:04


전기차 대중화의 시대에 있어 인 휠 모터는 꿈의 동력에 가깝다. 기존의 전기차는 구동 시스템을 차체에 설치해야 하기 때문에 실내 공간을 일정 부분 희생해야 하지만, 인 휠 모터는 모터가 직접 타이어를 돌리기 때문에 기어와 샤프트가 필요 없다. 실내에는 배터리만 담으면 되며, 이로 인해 실내 공간과 화물 적재 공간 등 자동차 패키징에서 자유도가 비약적으로 높아진다.

 

그리고 인 휠 모터는 각 바퀴마다 회전과 토크를 제어할 수 있으므로 조작 능력이나 기동성에서도 월등하다. 바퀴를 회전시킬 수 있는 범위를 늘리면 전후좌우를 가리지 않고 자유롭게 이동하는 자동차를 만들 수 있다. 현재는 무인 창고를 지배하는 로봇에서 사용하는 정도이지만, 자동차에 적용하면 엄청난 자유와 이동의 용이성을 제공한다.


인 휠 모터는 그런 장점을 갖고 있음에도 상용화는 쉽지 않다. 첫 번째 문제는 인 휠 모터 자체가 고출력에 적합하지 않다는 것이다. 모터 자체는 만들기 쉽지만 출력을 높이기 위해서는 그만큼 커지고 두꺼워져야 한다. 모터의 출력을 결정하는 요소는 공급되는 전력과 모터 내부의 코일이 내는 자력인데, 자력을 높이려면 코일이 필연적으로 굵어져야 하기 때문이다.

 

또 다른 문제는 모터가 차체 밖으로 노출되기 때문에, 차체 안에 있을 때보다 진동이나 충격에 더 강한 내구성을 가져야 한다는 것이다. 브레이크와의 간섭을 최소화하는 것과 동시에 온도 관리도 필요하다. 효율을 조금이라도 높이기 위해서는 4개의 바퀴에 모터를 분산시키는 것이 좋지만, 그렇게 되면 자동차 가격에 큰 영향을 준다.


인 휠 모터에서 유명한 것은 아마도 미국 리비안의 전기 픽업트럭일 것이다. 4개의 인 휠 모터를 이용해 독립 제어가 가능하며, 제자리에서 회전도 할 수 있다. 국내에서도 전기 버스에 인 휠 모터를 넣긴 했지만, 이상 마모 현상이 발생하면서 개선 모델에는 넣지 않기로 결정했다. ‘페르디난트 포르쉐가 개념을 성립한 지 120년도 더 지났지만, 상용화는 아직도 험난한 것이다.

 

그런 시점에 일본의 히타치제작소가 양산 및 OEM 공급을 목표로 새로운 인 휠 모터를 발표했다. ‘Direct Electrified Wheel’이라는 이름의 이 시스템은 모터의 경량화를 통해 전력 밀도를 2.5kW/kg까지 높였다고 한다. 그리고 이 모터 안에 인버터와 브레이크를 일체화시키고 냉각 기술도 집어넣었다고 주장한다. 과연 무엇이 다를까?


히타치에 따르면 모터를 효율적으로 사용하기 위해 자석 배열에 신경을 썼다고 한다. 자석의 N극 방향을 90° 씩 회전시켜 모터의 각 극에서 고밀도의 자속을 발생시키는데, 이를 통해 구동력이 높아진다고. 또한 빔을 집중 조사해 금속 일부를 녹여 용접하는 기술을 적용해 평평한 코일을 고밀도로 배열할 수 있었다고 한다.

 

히타치의 인 휠 모터는 모터와 인버터, 브레이크가 일체화되어 있다. 모터와 서스펜션 부품이 분리되어 있는 경우, 휠 내부 공간이 복잡해지기 때문에 냉각이 사실상 어렵기 때문이다. 모든 부품을 일체화한 후 절연성이 높은 냉각용 오일을 사용해 모터를 비롯한 부품을 식히고 있는데, 이를 통해 서스펜션의 기본 구조를 크게 변경하지 않고 탑재할 수 있다고 한다.


히타치는 그 동안 전차와 엘리베이터 등 다양한 분야에서 축적한 기술을 사용해 인 휠 모터를 개발했다. 중요한 것은 실전이겠지만, 양산화를 선언했다는 것은 그만큼 내구성에 자신이 있다는 이야기이기도 하다. 과연 어떤 제조사에서 이 새로운 인 휠 모터를 사용하게 될까? 과연 그 꿈대로 공간이 더 넓은 전기차가 나오게 될 것인지, 지켜볼 필요가 있다.



글 | 유일한 기자


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