전기차 해부학, 구동모터코아에 주목하다!

아래 보이는 사진은 그저 옛날 승합차처럼 보이지만 1986년 아시안게임을 앞두고 기아자동차에서 만든 국내 최초 전기차 ‘베스타EV’입니다. 이 차는 1986년 아시안게임 당시 마라톤 경기 중계용 및 마라톤 선수들의 기록 가늠을 위한 페이스메이커로 사용됐는데요. 여기서 놀라운 점은 국내에서 전기차가 80년대에 제작됐다는 겁니다.

사실 글로벌 자동차 제조사들은 생각보다 꽤 오래전부터 전기차 제작을 시도해 왔고, 1990년대부터는 본격적인 투자에 들어갔는데요. 이와 같은 노력 덕분에 이제는 전기차의 보급이 늘어나고 내연기관차처럼 도로에서 흔히 볼 수 있는 것이죠. 실제로 2023년 국내에서 팔린 국산·수입차 가운데 전기차, 하이브리드차, 수소차 같은 친환경차 비율이 사상 처음으로 30%를 돌파하기도 했습니다.

이처럼 한 번의 이벤트가 아닌 일상이 된 전기차에서 가장 중요한 부품은 어떤거라고 생각하시나요? 아마 많은 분들께서 이차전지를 꼽겠지만, 이차전지만큼이나 중요한 부품들이 상당히 많습니다. 오늘은 전기차에서 중요한 역할을 하는 핵심 부품에 대해 알아보겠습니다.

전기차 구조와 작동원리는?

전기차와 내연기관차의 차이는 이차전지뿐만 아니라 다양한 부품에서도 차이를 보이고 있습니다. 그중에서 모터, 감속기, VCU가 대표적인데요.

우선 모터부터 살펴보면, 모터는 구동력을 제공해 주는 역할을 하는데 내연기관차의 엔진과 같다고 볼 수 있습니다. 모터는 직류 모터와 교류 모터로 나뉘는 데 내구성과 제어 방식의 문제로 전기차 대부분이 교류 모터를 사용하고 있습니다. 하지만 전력을 공급하는 배터리에서는 직류 전류가 나오기 때문에 이를 교류 전류로 변환시키기 위해 고성능 인버터가 필수로 장착되어야 합니다.

그렇다면 감속기는 어떤 역할을 할까요? 감속기는 내연기관차에 변속기와 같은 역할을 하는데요. 전기차는 내연기관차보다 분당 회전수(RPM)가 훨씬 높기에 감속기를 통해 모터의 회전수를 감속시켜 적절한 토크를 유지시켜주는 역할을 합니다.

전기차는 내연기관차에 비해 부품 수는 적지만 디지털화된 상품이 상당히 많습니다. 그렇기에 이를 통합 관리해 줄 수 있는 역할이 필요한데, 이를 VCU(Vehicle Control Unit)가 담당하고 있습니다. VCU는 사람의 두뇌와 같다고 볼 수 있는데, 출발, 가속 등 모터 구동을 넘어 회생제동, 전장 부하, 전원 공급 제어 등을 조절하며 정보를 수집하고 분석해 컨트롤하는 역할을 합니다.

구동모터코아를 들어보셨나요?

이렇듯 전기차를 구성하는 많은 부품 가운데, 이중에서도 전기에너지를 운동에너지로 바꿔 전기차를 움직이는 부품이 있습니다. 바로 구동모터코아인데요. 구동모터코아에서 ‘모터’는 많이 들어보셨을 겁니다. 모터는 흔히 회전 운동을 필요로 하는 장치에 사용되는 부품인데요. 우리 생활에서 가장 흔하게 볼 수 있는 냉장고, 세탁기, 청소기와 같은 가전제품에 주로 사용되죠. 전기차 모터와 조금 생소하다면, 1980년대부터 2000년대 초까지 유행했던 소형 장난감 미니카의 모터를 떠올린다면 조금 더 쉽게 구동모터코아를 이해할 수 있습니다. 더 자세히 알아볼까요?

위 그림처럼 구동모터코아는 크게 회전자와 고정자로 이뤄져 있는데요. 고정자에 삽입된 구리선에 전기가 전달되면 자기장이 형성되고, 이때 회전자에 삽입된 영구자석이 구리선의 자기장과 반응해 회전 운동을 합니다. 그리고 생성된 동력을 샤프트로 전달해 자동차가 움직이는 것이죠. 즉, 구동모터코아는 내연기관차의 엔진과 같은 존재입니다.

구동모터코아, 언제부터 중요했을까?

구동모터코아는 2011년 현대자동차의 쏘나타 하이브리드 자동차에 가장 먼저 적용됐습니다. 이때 당시에는 차량 1대당 1개의 구동모터코아가 적용됐죠. 하지만 고성능화를 요구하는 시대의 변화에 맞춰 최근에는 4륜차에 적게는 2개부터 많게는 4개까지 적용되고 있는 추세입니다.

GM 社의 대형 픽업트럭 ‘허머 EV’와 벤츠에서 출시 예정인 ‘G-클래스 EV’에는 마력을 높이기 위해 3~4개의 구동모터코아가 들어갔죠. 이와 같이 전기차의 높은 마력을 요구하는 글로벌 트렌드에 맞춰 구동모터코아의 수요는 계속해서 늘어날 것으로 예상됩니다.

늘어나는 전기차, 구동모터코아 함께 뜬다!

시장조사기관 블룸버그 뉴에너지파이낸스(NEF)가 발표한 ‘무공해 자동차 연간 보고서’에 따르면 올해 글로벌 승용차용 전기차 판매량은 작년 보다 36% 늘어난 1420만 대를 기록할 것이라고 합니다. 또한 보고서는 오는 2040년경 전기차가 전체 자동차의 44%를 차지할 것으로 예상하고 있죠. 이는 곧 구동모터코아의 수요도 상승한다는 말과 같다고 볼 수 있습니다.

포스코인터내셔널은 전기차 성장의 발맞춰 ‘2030 구동모터코아 700만 생산시대’ 청사진을 완성하기 위해 사업 영역을 확장해 구동모터코아의 생산망을 구축해 나가고 있습니다. 먼저 국내의 천안과 포항에 각각 100만 대씩 총 200만 대 생산 체제를 완성해 나가고 있습니다. 최근에는 구동모터코아 폴란드 신공장과 멕시코 제2공장 건설을 승인해 한국을 포함해 멕시코, 폴란드, 중국, 인도 등 5개국에 걸친 글로벌 생산 클러스터를 구축하게 됐는데요. 이를 통해 포스코인터내셔널은 글로벌 시장 점유율 10% 이상을 확보할 계획입니다.

특히 폴란드 신공장은 폴란드 남서부 국경 인근에 위치하고 있어 독일, 체코, 슬로바키아, 헝가리 등 유럽內 글로벌 완성차 업체들의 생산기지와 인접해 있어 현지 조달에 유리한 평가를 받고 있습니다.

이처럼 생산체제를 강화를 통해 아시아, 북미, 유럽 등 주요 자동차 메이커가 위치한 3대륙에서 생산 현지화를 구축함으로써 물류 경쟁력과 대응 방안을 마련함과 동시에 고객이 원하는 방향으로 원하는 시기에 제공해 줄 수 있는 친환경 미래차의 구동계 핵심부품 제조사로 성장하는 발판을 마련했습니다.

이뿐만 아니라, 포스코인터내셔널은 제품 품질 향상에도 진력하고 있습니다. 대표적으로 모터코아의 주재료인 무방향성 전기강판(Hyper NO)을 포스코로부터 공급받아 생산하고 있는데요. 여기에, 자체 보유 중인 금형 연구소에서 개발한 EM Free 방식을 통해 코아 설계 모양에 따라 펀칭한 후 본드를 자동으로 도포하여 적층하는 진보적인 방식을 도입했죠. 더 나아가 생산된 구동모터코아를 두 차례의 전수검사와 3차원 측정기를 통한 검사 등 품질을 높이기 위한 노력을 멈추지 않고 있습니다.

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전기차의 수요가 증가함에 따라 이와 관련한 핵심 부품에 대한 관심이 지속적으로 높아지고 있습니다. 실제로, 전기차는 이차전지 외 새로운 부품 시장의 성장을 만들고 있죠. 그중에서 이차전지만큼 중요한 구동모터코아의 성장과 발전을 눈여겨보아야 하며, 이 시장을 이끌어갈 포스코인터내셔널의 횡보에도 주목해 주시기 바랍니다.