국제 자동차부품 공급업체인 콘티넨탈은 5 -120 kW 범위의 성능을 가진 하이브리드 및 전기 자동차를 위한 새롭고 효율적인 모터의 개발로 승용차와 상용차량 부문 파워트레인의 전화(electrification)에서 선도적인 위치를 다지고 있다. “효율적인 모터는 동력의 전자분야, 배터리, 시스템의 노하우로 구성되는 전기구동장치의 효율적인 제어를 위해서 우리회사의 포트폴리오에서는 필수적인 부분입니다,”라고 콘티넨탈 파워트레인부의 하이브리드 및 전기 자동차 사업부장인 Jörg Grotendorst가 논평했다.
■ 미래의 구동 컨셉트를 위한 효율적인 모터
전기 및 하이브리드 자동차는 대개 3상 모터를 사용한다. 다른 설계원칙이 존재하는 반면에, 변속장치에서 분리된 통합 애플리케이션을 위한 기본설계는 흔히 동일하다. 바깥쪽에 위치한 고정자권선은 모터 안쪽에 위치한 회전자로 회전자기장을 만든다. 영구 자석 형 동기 기계(PSMs)는 자석이 장착된 회전자를 사용한다. 동기 기계(SMs)에는 자석이 없지만 전류가 흐를 때 자성이 생기는 여자권선을 사용한다. 비동기 기계(ASMs)는 세 번째 설계 원칙을 따른다. 탄탄한 검증된 ASM 모터는 단순한 구조와 저렴한 비용이 특징이지만 PSM 모터나 SM 모터보다 크기가 커서 특정한 작동영역에서 효율성이 떨어질 수 있다. 때문에 연소엔진(boost 기능)을 지원하는 비용 최적화된 하이브리드 시스템과 제동 시 에너지의 회수를 위해서 주로 ASM 모터가 사용된다.
고성능 PSM이나 SM 기술이 순수 전기자동차나 전기구동이 가능한 풀 하이드리브에 사용된다. 현재는 PSM 모터가 시장을 주도하고 있다. PSM 모터는 컴팩트한 설계의 장점과 필요한 성능 범위의 대형 부품을 위한 고효율이 결합되어 있다. 컴팩트한 설계(하단 축의 길이) 때문에 이 컨셉트는 트랜스미션 벨 하우징에 통합시키기에도 적합하다. 그러나 이런 유형의 모터는 하단의 토크 손실을 제로로 하는 문제, 복잡한 안전장치, 그리고 자석원료의 구입과 비용문제 등을 포함한 기술전인 난제를 가지고 있다.
이런 문제들은 사실상 전체 작동 범위에서 고효율을 제공하는 SM 모터에서는 발생하지 않는다. 특히 SM 모터는 상호 인덕턴스가 여자전류의 조절에 의해 감소될 수 있기 때문에 보다 높은 속도를 제공한다는 장점이 있다. 이런 유형의 길이가 긴 디자인의 모터는 전기 축 구동을 위한 애플리케이션에서는 전혀 불리한 점이 없다. SM의 안전개념은 회전자 부분의 스위치가 꺼지도록 하여 고정자에서 전압이 유도되지 않도록 한다. 콘티넨탈은 이런 유형의 모터 기술 개발에서 세계를 주도하고 있다. 콘티넨탈이 개발한 SM은 유럽의 대량 제조업체가 여러 종류의 전기자동차를 출시하는 2011년에 양산에 들어갈 것이다.
컨티넨탈은 모듈 식과 확장성이 좋은 모터 포트폴리오를 고객에게 제공한다. 세 종류의 모터를 사용하여 다양한 모터의 길이와 설계에 기초하여 개개의 자동차 생산업체의 요구에 맞춘 고객 솔루션을 제공할 수 있다. 콘티넨탈은 다양한 모터 유형에 공통으로 사용할 수 있는 부품을 많이 사용함으로써 비용을 절감하고 더욱 빠르게 새로운 시스템을 개발하면서 품질을 향상시킬 수 있게 되었다.
파워트레인 전화(electrification)을 위한 포괄적인 포트폴리오
2012년 까지 약 2백만의 하이드리브 및 전기 자동차가 도로 위를 달릴 것으로 예상된다. 콘티넨탈은 이런 여세에 부응하여 지난 몇 년간을 파워트레인의 전화(electrification)을 위한 컴포넌트와 시스템 연구 개발에 투자해 왔다. 이런 점에서 모터는 파워트레인의 전화(electrification) 기술을 필요로 하는 유일한 컴포넌트이다.
콘티넨탈 파워트레인은 비용 효율적인 구동컴포넌트와 전체 시스템을 광범위하게 개발했다. 가능한 한 빨리 친환경 기술 시장을 선점하기 위한 목적으로 제품들은 2003년부터 양산되고 있다. 빠른 시장 성장을 이루는 결정기준 중의 하나는 에너지 저장이다. 콘티넨탈은 리튬이온 배터리를 사용하는데 이 배터리는 2008년에 처음으로 전세계 자동차 사용을 위한 양산에 들어갔고 독일의 뉘른베르크에서 생산된다.
동력의 전자분야는 빠른 진전을 이룬 또 하나의 컴포넌트이다. 동력의 전자분야의 과제 중 하나는 배터리의 직류 전류를 모터를 위한 교류 전류로 변환하고 제동 시 회수되는 에너지를 배터리에 저장하는 것이다. 새 세대 동력의 전자분야로 콘티넨탈은 약 30%까지 모터의 크기를 축소시켰다. “컴포넌트를 더 작게 만들고, 새로운 제조와 생산 공정을 사용하고 전체적인 효율을 향상시킴으로 그러한 결과를 얻었습니다,”라고 Jörg Grotendorst가 언급했다.
■ 도심의 교통에 매우 유리한 전기구동장치
전기자동차는 미래에 마을과 도시에서 짧은 거리를 운행하는데 중요한 역할을 하게 될 것이다. “우리 회사의 모터는 광범위한 성능범위와 도시와 도시간 실제 운전주기에서 고효율을 제공합니다,”라고 Grotendorst이 말했다. 콘티넨탈이 실시한 시장조사에 따르면 전기구동장치는 모든 여행의 약 삼분의 이를 차지하는 짧은 거리 운행에 매우 적합하다. “전기구동장치는 그런 영역에서 점차 그 중요성이 더해지고 있습니다,”라고 Grotendorst는 말을 이었다. 또한 생태학적 관점에서 도심에서의 전기 및 하이드리브 자동차를 이용하면 전세계 대도시의 배기가스 배출과 소음을 감소시키는 장점이 있다.
