재조명 받는 유도 모터
중국 희토류 횡포, 비용 문제로…
2011년 02월호 지면기사  / 글 | 한상민 기자 (han@autoelectronics.co.kr)

국내 전기차용 주력 모터의 향방은 지식경제부가 6월 발표할 ‘미래선도 조기성과 창출형 5대과제’의 준중형 전기차 개발 프로젝트와 함께 할 전망이다.
현재 기획 단계에 있는 이 프로젝트에는 현대ㆍ기아자동차, 쌍용자동차, 삼성, 대우 등 4개 컨소시엄이 경쟁 중으로, 이중 유력한 현대차 컨소시엄은 종전의 블루온이 채택한 유도 모터(inducttion motor) 대신 영구자석(permanent magnet, PM) 모터의 탑재를 적극 고려하고 있다.
현대ㆍ기아자동차 전기차개발실의 홍존희 이사는 지난 연말 서울대에서 블루온 전기차에 탑재된 유도 모터에 대해 “유도 모터는 영구자석 동기 모터(PMSM)에 비해 효율이 떨어지고 토크 리플과 출력 밀도가 낮다”며 “국내 유도 모터 기술력을 감안할 때 뒤쳐진 데이터 차이를 충분히 극복하고, 중국의 희토류 영향력에서도 자유로울 것으로 생각해 유도 모터를 채택했지만 현재는 다른 모터를 심각히 고려 중”이라고 말했었다.


만족스럽지 않은 성능

차량용 모터의 진화는 크게 동작 영역에서의 고효율화, 소형·박형화, 저비용 구현에 달려 있다. 특히 차량 구동에서 중요시 되는 효율 측면에서 회전 속도와 토크 등의 조건이 바뀌어도 높은 효율을 달성할 수 있는가가 중요하다. 모터는 시내에서 가속과 정지를 반복하지만 고속도로에서는 고속회전을 유지할 수 있어야 한다. 또 오르막길과 내리막길, 적설량 등 노면 조건에 따른 모터 부하에서도 효율 변화를 최소화할 수 있어야 한다.
이같은 효율과 제어의 문제에서 가장 앞선 모터가 영구자석 모터다. 또한 하이브리드 카(HEV)의 경우 협소한 공간 내에서 엔진에 팬(pan)과 같은 박형으로 결합돼야 해 영구자석 모터가 이용돼 왔다. 반면 공간적 제약이 심하지 않은 순수 전기차(PEV)나 연료전지차에서는 미국ㆍ일본 메이커들이 유도 모터를 채택해 왔다. 유도 모터 제조사가 많지 않은 유럽의 경우엔 영구자석 모터가 강세다. 현대ㆍ기아자동차도 HEV에는 PMSM을, PEV와 연료전지차에는 유도 모터를 장착해 왔다.
업계의 한 관계자는 “영구자석 모터는 비용이 높고, 내구성과 열 발생에 따른 자력 손실이란 문제점이 있긴 하지만 가장 효율적이고 제어가 용이한 모터다. 그러나 정부가 희토류와 리튬 등 광물 자주개발율을 2배로 늘리겠다고도 했지만 차세대 전기차의 모터 채택은 보다 신중할 필요가 있다”며 “또한 정부의 전기차 R&D는 취약한 인버터 개발과 모터 제어 부문에서도 적극적으로 이뤄져야 할 것”이라고 말했다.


희토류의 위력

유도 모터는 효율과 제어 부문에서 향상이 요구된다. 그럼에도 불구하고 이 모터는 국내 여건과는 달리 가격을 크게 낮출 수 있다는 점과 희토류를 둘러싼 ‘중국의 자원 무기화’에 대응하는 솔루션이란 점에서 재조명 받고 있다.
영구자석 모터에 사용되는 네오디뮴의 가격은 2009년에 1 kg 당 19.12달러 하던 것이 2010년 88.5달러로 4배 이상 올랐다. 디스프로슘은 2009년 12월 1 kg 당 151달러였던 것이 2010년 8월에는 320달러로 급등했다. 희토류 공급의 90% 이상을 담당하고 있는 중국은 최근 국내외 31개 기업에게 상반기에 1만 4,446톤의 희토류 수출만을 허가하겠다고 발표했다. 이는 전년에 비해 35% 줄어든 규모다. 또 지난해엔 올해부터 수출 관세를 25% 인상하겠다고 발표했다. 공급량은 해마다 줄고 있고 가격은 뛰고 있다.
전기차를 가장 많이 생산하고 있는 일본의 경우엔 이같은 상황을 매우 심각히 받아들이고 있다. 일본의 니혼게이자이 신문은 이와 관련해 중국이 희토류 수출 쿼터를 3만 톤으로 제한할 경우 일본은 연간 1만 1,000톤의 공급 부족을 겪을 것이라고 분석하기도 했다. 이같은 이유에서 일본 정부는 지난해 9월 중국과의 센카쿠 열도(댜오위다오) 분쟁에서 희토류의 대일 수출 중단 하루 만에 백기를 들기도 했다.
닛산의 시가 토시유키(Shiga Toshiyuki) 최고운영책임자(COO)는 “중국의 수출 쿼터가 계속해서 줄어든다면 일본 자동차 업계에 심각한 문제가 될 것이고, 완성차 제조업체뿐만 아니라 전자 업계 등에도 타격이 클 것”이라고 말했다.
자동차 업체 중 희토류로 인해 가장 큰 고통을 받을 회사는 토요타다. 전 세계 네오디뮴 공급량의 40%를 자동차 업계가 수요하고 있지만, 이중 대부분은 프리어스 등 가장 많은 HEV 모델을 보유하고 판매하고 있는 토요타가 수입한다. 이런 이유에서 토요타는 최근 들어 리튬배터리, 모터와 관련된 희토류의 중국 의존도를 줄이기 위해 아르헨티나, 베트남 등지에서 조인트벤처를 설립하는 등 대응책 마련에 고심 중이다. 영구자석을 대신할 새로운 타입의 모터 개발도 이의 한 일환이다.
테크놀러지 메탈 리서치(Technology Metals Research)의 잭 리프톤(Jack Lifton)은 “프리어스는 대당 1 kg(2.2파운드)의 네오디뮴을 사용하는데 토요타가 유도 모터를 사용한다면 네오디뮴 수요가 크게 변할 것”이라고 전망했다.


활발한 R&D



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