업그레이드된 모터 라미네이션으로 전기차의 회생 제동 시스템을 개선하는 방법

저는 수년간 전기 자동차 기술을 연구해왔고, 이를 개선할 수 있는 새로운 아이디어를 많이 보았습니다. 하지만 가장 큰 개선은 사람들이 생각하지 못하는 부분에서 비롯되는 경우가 많다는 것을 알게 되었습니다. 우리는 종종 대용량 배터리와 스마트 소프트웨어에 대해 이야기하지만, 더 나은 전기 모터와 강력한 회생 제동 시스템의 진정한 비결은 모터의 핵심에 있습니다. 모터 라미네이션. 이 얇은 강판은 전기차가 에너지를 회수하는 방식을 크게 개선하는 숨은 조력자입니다. 이 글에서는 이러한 부품이 어떻게 작동하는지, 왜 에너지를 회수하는 데 중요한지, 더 멀리 주행하고 친환경적으로 운전하는 데 어떻게 도움이 되는지 설명합니다.

전기차에서 회생 제동이란 정말 무엇인가요?

제가 본 바로는 많은 운전자, 심지어 전기차 소유자조차도 회생 제동 기능이 얼마나 멋진지 잘 모르는 경우가 많습니다. 간단히 말해, 회생 제동은 속도를 줄일 때 차량의 이동 에너지를 되찾아주는 스마트한 시스템입니다. 일반 가솔린 자동차에서는 브레이크 페달을 밟으면 마찰 브레이크가 열을 발생시켜 속도를 늦추고, 그 모든 에너지가 공기 중으로 낭비됩니다. 엄청난 낭비입니다. 하지만 회생 제동 시스템은 똑똑하게 작동합니다. 전기 모터를 역방향으로 작동시켜 발전기로 전환합니다.

이 과정은 자동차의 이동 에너지를 다시 전기로 바꾸고, 다시 배터리로 이동합니다. 생각해보세요. 자동차를 앞으로 밀던 힘과 동일한 힘이 이제 동력원을 충전하는 데 사용됩니다. 이 에너지를 되찾는 것은 시내 주행과 같이 출발과 정차가 잦을 때 가장 효과적입니다. 그 결과 에너지를 덜 사용하고, 더 멀리 주행할 수 있으며, 그냥 버려질 수 있는 에너지를 더 잘 활용할 수 있는 자동차가 탄생합니다. 이는 최신 전기차를 친환경적으로 만드는 데 있어 큰 부분을 차지합니다.

솔리드 모터 코어가 제동 시스템에서 작동하지 않는 이유는 무엇인가요?

사람들은 종종 전기 모터가 왜 하나의 단단한 금속 조각이 아닌지 묻곤 합니다. 더 쉬울 것 같지 않나요? 하지만 자석과 전기에 있어 "쉬운"은 보통 "좋은"이 아닙니다. 모터의 코어가 단단한 금속 조각이라면 내부의 빠르게 변화하는 자기장이 원치 않는 전류를 많이 생성할 것입니다. 이를 와전류라고 합니다.

단단한 코어는 이러한 전류가 큰 원을 그리며 흐르게 하여 엄청난 열을 발생시키고 많은 에너지를 낭비합니다. 이 열은 모터가 제대로 작동하지 않을 뿐만 아니라 모터를 과열시킬 수 있습니다. 이로 인해 모터가 손상되고 훨씬 빨리 마모될 수 있습니다. 또한 이 문제는 회생 제동 중에 모터가 발전기로 작동하는 능력에 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 캡처한 운동 에너지의 대부분은 배터리에 전기가 아닌 열로 바로 전환됩니다. 솔리드 코어를 사용하면 전체 제동 시스템이 훨씬 더 나빠질 수 있습니다.

모터 라미네이션은 실제로 자동차 제동 시스템을 어떻게 개선할 수 있을까요?

모터 라미네이션이라는 현명한 아이디어가 바로 여기에 있습니다. 전기 모터의 핵심인 고정자(스테이터)와 회전하는 부분(로터)은 하나의 단단한 조각이 아니라 매우 얇은 금속판 더미로 만들어져 있습니다. 이를 흔히 스틸 라미네이션이라고 합니다. 각 얇은 시트는 보통 얇은 바니시 또는 산화물 층으로 다음 시트와 분리되어 있습니다.

코어를 이렇게 분리된 층으로 자르면 와류의 경로가 훨씬 더 작은 조각으로 나뉩니다. 전류가 더 이상 에너지를 낭비하는 큰 원을 그리며 흐르지 않습니다. 이 단순하지만 스마트한 설계는 에너지 손실을 크게 줄여줍니다. 따라서 속도를 높일 때 모터가 더 잘 작동하고 회생 제동 시에도 성능이 크게 향상됩니다. 더 잘 작동하는 모터는 자동차의 운동 에너지를 더 많이 전기로 전환할 수 있습니다. 이렇게 하면 더 많은 전력이 배터리로 다시 전송되어 전체 회생 제동 시스템이 더 잘 작동합니다.

와전류란 무엇이며 모터 성능에 나쁜 이유는 무엇인가요?

이 보이지 않는 악당에 대해 좀 더 자세히 살펴봅시다. 와전류는 금속 물체가 변화하는 자기장에 있을 때 내부에서 생성되는 전기의 원입니다. 전기 모터에서는 자기장이 항상 변화하면서 회전을 일으키기 때문에 와전류는 피할 수 없는 결과입니다. 이러한 전류는 자체 자기장을 만들어 자기장을 만든 원래 자기장을 밀어냅니다. 이는 기본적으로 모터가 스스로 싸우고 있다는 뜻입니다.

이러한 내부 싸움은 두 가지 큰 문제를 야기합니다. 첫째, 에너지가 직접적으로 낭비되어 전반적인 모터 효율이 낮아집니다. 이 에너지는 차량을 움직이는 토크를 생성하는 데 도움이 되지 않고 낭비됩니다. 둘째, 이 낭비된 에너지는 열로 나타납니다. 열이 너무 많으면 모터의 절연이 파괴되고 영구 자석이 약해져 결국 부품이 파손될 수 있습니다. 회생 제동 중에는 이러한 손실로 인해 운동 에너지가 전기로 성공적으로 전환되어 배터리에 저장되는 양이 줄어듭니다. 라미네이션은 와전류를 줄임으로써 모터가 더 시원하고 높은 효율로 작동하도록 도와 회생 프로세스를 훨씬 더 유용하게 만듭니다.

라미네이션은 DC 모터가 발전기처럼 작동하는 데 어떻게 도움이 되나요?

모터에서 발전기로의 전환은 회생 제동의 핵심입니다. 전기차에서 가속 페달에서 발을 떼거나 브레이크 페달을 밟으면 컨트롤러가 전기의 흐름 방식을 변경합니다. 자동차의 전진 운동은 모터 내부의 로터를 계속 돌립니다. 로터가 고정자의 자기장을 통해 회전하면서 모터의 권선에 전압을 생성하는 것이 발전기의 작동 방식입니다.

라미네이션은 이 프로세스가 최대한 잘 작동할 수 있도록 하는 핵심 요소입니다. 강철 라미네이션은 에너지 낭비적인 와전류 및 기타 자기 손실(히스테리시스와 같은)을 차단함으로써 모터가 차량의 운동 에너지를 최대한 전기 에너지로 변환할 수 있도록 합니다. 코어가 제대로 제작되지 않은 모터는 이 에너지가 배터리에 도달하기도 전에 열로 손실됩니다. 따라서 라미네이션을 통해 얻을 수 있는 높은 효율은 강력한 회생 제동 시스템을 가능하게 합니다. 이 시스템은 주행 거리를 늘리는 데 직접적으로 도움이 되는 에너지를 되찾아줍니다.

라미네이션 소재 유형이 성능을 더욱 향상시킬 수 있나요?

네, 맞습니다. 모터 라미네이션을 위한 소재 선택은 엔지니어에게 성능에 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 선택입니다. 대부분의 일반 모터는 실리콘 스틸을 사용하지만, 전기차의 성능 향상에 대한 요구로 인해 기업들은 더 많은 특수 금속 혼합을 고려하게 되었습니다.

다음은 몇 가지 일반적인 자료와 그 기능을 살펴봅니다:

라미네이션의 두께도 매우 중요합니다. 공장 모터는 0.35mm~0.5mm 두께의 라미네이션을 사용할 수 있습니다. 하지만 고성능 전기차 모터는 이제 0.2mm 이하로 훨씬 더 얇은 모터를 사용하고 있습니다. 라미네이션이 얇을수록 특히 고속 모터에서 와전류 손실을 줄이는 데 더 효과적입니다. 이를 통해 엔지니어는 더 작은 크기로 더 많은 출력을 내는 더 나은 모터를 만들고 효율성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

라미네이션, 토크, 모터 성능 사이의 연관성은 무엇인가요?

이 연결고리는 명확하고 매우 중요합니다. 라미네이션은 와전류와 히스테리시스로 인한 에너지 손실을 줄임으로써 전반적인 모터 효율을 향상시킵니다. 잘 작동하는 모터는 일정량의 토크를 생성하는 데 배터리에서 더 적은 전기가 필요합니다. 이는 더 나은 가속과 더 긴 EV 주행 거리를 의미합니다. 이 이점은 양방향으로 작용합니다.

회생 제동 중에는 이 과정이 반전됩니다. 우수한 라미네이션 덕분에 매우 잘 작동하는 모터는 차량의 운동 에너지를 더 많은 제동 토크로 전환한 다음 저장된 전기 에너지로 전환할 수 있습니다. 자석과 잘 작동하는 재료로 만든 라미네이션은 모터가 더 강한 자기장을 생성할 수 있도록 합니다. 이렇게 하면 모터를 무겁게 만들지 않고도 생산할 수 있는 토크가 증가합니다. 이는 더 나은 중량 대비 토크 비율로 이어져 최신 전기차에 필요한 더 작고 강력한 모터 설계를 가능하게 합니다. 즉, 올바른 라미네이션 설계는 주행과 제동 성능을 모두 향상시키는 데 도움이 됩니다.

제어 시스템은 이 전체 프로세스를 어떻게 개선할 수 있을까요?

라미네이션이 효과적인 물리적 부분이라면, 첨단 제어 시스템은 작동의 스마트한 부분입니다. 차량의 브레이크 컨트롤러는 바퀴 속도, 배터리 잔량, 운전자가 브레이크 페달을 얼마나 세게 밟는지 등을 항상 주시합니다. 그런 다음 스마트 프로그램을 사용하여 회생 제동과 일반 마찰 브레이크 사이의 최적의 조합을 결정합니다.

목표는 차량이 안전하지 않거나 불안정하지 않게 하면서 최대한 많은 에너지를 회수하는 것입니다. 예를 들어, 배터리가 이미 가득 차 있거나 바퀴가 미끄러지는 것을 감지하여 제어력을 잃을 수 있는 경우 컨트롤러는 회생 에너지를 줄입니다. 최신 시스템은 주행 상황을 미리 파악하여 어떤 일이 일어날지 추측하고 필요에 따라 제동 전략을 변경하는 프로그램을 사용합니다. 이 스마트한 제어는 첨단 라미네이션이 적용된 고효율 모터를 최대한 활용할 수 있도록 합니다. 회생 제동과 마찰 제동을 부드럽게 혼합하여 부드럽고 안전하며 매우 효율적인 주행 경험을 선사합니다.

이는 하이브리드 및 전기 자동차의 미래에 어떤 의미가 있을까요?

모터 라미네이션과 같은 부품에 대한 집중은 전기차 산업이 성장하고 있음을 보여줍니다. 배터리를 개선하기 위해 노력하는 동시에 파워트레인의 모든 부품을 개선하고 완벽하게 만들어 큰 개선점을 찾고 있습니다. 하이브리드, 플러그인, 완전 전기 자동차의 경우 전기 모터와 회생 제동 시스템을 개선하는 것이 매우 중요합니다.

고품질의 스틸 라미네이션이 직접 연결됩니다:

• 더 긴 전기차 주행거리: 제동 시 에너지 낭비를 줄이고 더 많은 에너지를 회수함으로써 자동차는 한 번 충전으로 더 멀리 갈 수 있습니다.
• 더욱 친환경적입니다: 효율성이 높다는 것은 전체적으로 에너지 사용량이 적고 차량의 수명 기간 동안 탄소 발자국이 적다는 것을 의미합니다.
• 더 나은 성능: 모터를 더 작고, 더 가볍고, 더 강력하게 만들 수 있어 가속과 핸들링이 향상됩니다.
• 운영 비용 절감: 에너지를 덜 사용하고 마찰 브레이크의 마모를 줄이면 소유주의 비용을 절감할 수 있습니다.

저는 전기차 및 하이브리드 차량 개발의 미래가 이러한 기본 부품에 더욱 집중될 것이라고 생각합니다. 비정질 금속과 같은 소재에 대한 새로운 아이디어와 이를 만드는 더 나은 방법은 모터의 효율성과 에너지 회수 시스템을 계속 향상시킬 것입니다.

자동차에서 가장 많은 에너지를 되찾으려면 어떻게 해야 할까요?

에너지를 최대한 회수하는 것은 물리적 부품과 소프트웨어가 완벽하게 함께 작동해야 하는 전체 시스템 문제입니다. 제가 본 바에 따르면 이 계획은 몇 가지 핵심 사항으로 요약됩니다. 첫 번째는 모터 설계 자체입니다. 얇은 고품질 강철 적층으로 제작된 동기식 또는 교류 유도 모터를 사용하는 것은 고효율 발전기를 만들기 위한 기본적이고 중요한 단계입니다. 영구 자석과 같은 자석 유형의 선택과 권선 설정 방법도 큰 역할을 합니다.

둘째, 제동 전략을 스마트하게 제어해야 합니다. 시스템은 전기 모터와 마찰 브레이크 사이에서 제동력을 즉각적으로 변경하여 모든 상황에서 가능한 한 많은 제동 에너지를 확보해야 합니다. 이를 위해서는 차량의 속도, 배터리 상태, 심지어 운전자의 행동 방식까지 고려할 수 있는 스마트 제어 프로그램이 필요합니다. 마지막으로, 운전자의 운전 방식도 결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 부드럽게 운전하고 미리 정차 상황을 파악하면 마찰 브레이크를 더 많이 사용하는 급제동보다 회생 제동 시스템이 더 자주, 더 잘 작동합니다.

기억해야 할 주요 사항

마지막으로 수년 동안 이 주제와 관련하여 제가 배운 가장 중요한 내용을 살펴보겠습니다:

• 라미네이션은 좋은 성능의 핵심입니다: 전기 모터의 코어는 와전류로 인한 에너지 손실을 줄이기 위해 얇고 분리된 강철 적층으로 만들어집니다.
• 좋은 성능은 회생 제동에도 도움이 됩니다: 더 잘 작동하는 모터는 제동 시 더 많은 운동 에너지를 전기로 바꾸어 더 많은 전력을 배터리로 다시 보낼 수 있습니다.
• 소재와 두께가 중요합니다: 코발트-철 합금과 더 얇은 라미네이션과 같은 고성능 소재는 에너지 손실을 크게 줄이고 토크를 향상시킵니다.
• 전체 시스템입니다: 좋은 모터 부품(라미네이션), 스마트 제어 시스템, 운전자 동작이 모두 함께 작동하여 에너지를 최대한 회수합니다.
• 미래는 효율적입니다: 라미네이션 기술의 새로운 발전은 더 강력하고 더 작고 더 효율적으로 더 멀리 달릴 수 있는 전기차를 만드는 데 핵심적인 역할을 합니다.