전기차 모터 발열에 대해 알아보자(1)

 오늘은 전기차 모터의 발열에 대해 알아볼까 합니다. 쉽게~쉽게 알아보죠.~

 

 모터가 회전력을 얻기 위해서는 자계(magnetic field)와 전류(current)가 공존해야 합니다. 아주 쉽게 이야기를 하면 초등학교 과학시간에 전자석의 원리에 대해 배운 적이 있죠. 그것을 간단히 설명하면 못 주위에 구리선을 감고 전류를 흘리면 주변에 힘이 발생하는 것을 관찰하는 실험입니다. 아주 기초적으로는 모터가 동작하는 상황도 같은 원리인 것이죠.

 

 이것을 모터의 발열 관점에서 보면 강자성 체(ferromagnetic material)로 구성된 철심이 자계를 형성하고, 도체로 구성된 권선을 통해 전류가 흐르게 됩니다. 이 과정에서 전기 에너지가 열 에너지로 변환된 주울 열(Joule heat)로 인한 모터의 고정자에 감겨 있는 코일에서는 동 손실(copper loss)이 발생하게 됩니다. 그리고 코일 주변의 철 재질로 이루어진 스테이트(고정자)에서는 자계에 의한 철 손실(iron loss)이 발생하여 온도 상승의 주요 원인이 되게 됩니다. 또한 모터 내부에 포함되어 있는 영구자석(permanent magnet)은 자성체에서 자속이 변화하면 기전력(electromotive force)이 발생하게 됩니다. 이 기전력에 의해 자성체에 소용돌이 형태의 와 전류(eddy current)가 발생하면서 열이 발생하게 되는데 이를 와 전류 손실(eddy current loss)이라고 합니다. 

 

따라서~ 모터에는 크게 세 가지 열 손실 소스가 있는 것을 알 수 있습니다.

 

1  코일에서 나는 열

2. 스테이터/로터에서 나는 열

3. 자석에서는 나는 열

 

 통상 모터는 멈춰선 상태에서 모터가 낼 수 있는 최고 속도, 최고 토크 범위에서 동작하게 됩니다. 이때  위의 세 가지 열은 동작 범위 별로 대체로 조금씩 다른 비율로 발생하게 되죠. 통상 코일에서 반 이상의 열이 발생하며 특정 조건에서는 자석 같은 부품에서도 매우 큰 열이 발생할 수 있습니다.

 

 모터 내부에서 발생하는 이러한 전기적 손실들이 열로 변환되어 내부 온도가 상승하고 모터의 성능과 효율 감소를 유발하게 됩니다. 

 

전기자동차 내부 모터에서 발생하는 열의 대략적인 위치

 

 자 이제 그러면 위에 있는 하이브리드 자동차에 포함된 모터를 구경해 볼까요. 그림을 통해 열이 발생하는 위치를 가늠해 볼 수 있습니다.

 

다음 편에는 발생하는 열에 대해 조금 더 깊이 파고 들어가 보겠습니다. ~~^^