전기차를 위한 혁신적인 2속 트랜스미션 ‘인기어’는 연속 체인 구동과 변속 중 사이즈를 조정하는 모핑 스프로킷(morphing sprocket)을 특징으로, 주행거리, 가속력 등 전기차 성능을 높이면서 비용을 절감할 수 있게 한다. 

글｜한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr




“이 차세대 트랜스미션은 전기차용 다단 변속기를 전혀 새로운 관점으로 보이게 할 뿐만 아니라 승용차 외 다른 차량에도 널리 적용할 수 있습니다.” 인모티브(Inmotive) 폴 보테로(Paul Bottero) CEO가 말했다. 

캐나다에 본사를 둔 스타트업 인모티브는 최근 특허 받은 전기차용 2속 트랜스미션 ‘인기어(Ingear)’를 발표했다. 이 회사에 따르면, 혁신적인 차세대 전기차용 트랜스미션은 더욱 낮은 비용으로 차량에 통합될 수 있고, 전기차의 주행거리를 연장하는 동시에 더 단순한 디자인과 더 나은 내구성으로 효율적인 파워트레인 구성을 완성하게 한다.  

인모티브는 이미 인기어에 대한 광범위한 양산 이전 테스트 및 기아 쏘울 전기차를 이용한 시범운행을 마치고 테스트 유닛을 OEM 업체에 제공할 예정이다. 





작동 원리 

대부분 전기차에는 1속 트랜스미션이 사용되고 있다. 하지만 전기차에 2속 인기어를 장착하면 오히려 비용을 절감하면서, 주행거리, 가속시간, 추월 능력, 최고속도, 등판능력 등 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다. 

대개 전기모터와 휠(바퀴) 사이에는 2개의 감속 기어가 있다. 이 상태에서 모터는 휠 1회전 당 약 9회의 회전을 한다. 인기어는 혁신적인 연속 체인 구동(continuous chain drive)과 변속 중 사이즈를 조정하는 모핑 스프로킷(morphing sprocket)으로 두 번째 감속 기어를 대체한다. 디퍼런셜을 감싸도록 디자인된 이 인기어는 일반적인 1속 미션보다 조금 더 큰 형태다. 


앤써니 웡(Anthony Wong) CTO와 자렉 루토슬라브스키(Jarek Lutoslawski) 책임이 인기어에 대해 설명 중이다.


인기어는 혁신적인 연속 체인 구동과 변속 중 사이즈를 조정하는 모핑 스프로킷으로 두 번째 감속 기어를 대체한다. 휠이 1회전 하는 동안 액추에이터에 의해 스프로킷 부분이 제자리를 향해 들어가 기어비가 효과적으로 증가 또는 감소한다. 특허 받은 지오메트리는 속도에 맞게 모터와 휠을 유지함으로써 기어 변속 내내 연속적인 토크 전달을 가능하게 한다.



기어를 바꾸어 넣으려면 휠이 1회전 하는 동안 액추에이터에 의해 스프로킷 부분이 제자리를 향해 들어가 기어비는 효과적으로 증가 또는 감소한다. 인기어의 특허 받은 지오메트리는 속도에 맞게 모터와 휠을 유지함으로써 기어 변속 내내 연속적인 토크 전달을 가능하게 한다.
이는 구동계가 저속 및 고속 기어 기능을 통해 더 효율적으로 작동하게 함으로써 더 적은 에너지를 소모하게 해 전기차의 주행거리를 늘린다. 마찬가지로 저속 기어 전환 중에도 에너지 재생이 향상되고 연속 회생이 이뤄질 수 있다. 

“우리는 현재의 트랜스미션이 전기차 업계의 요구에 부합하지 못한다는 사실을 발견했습니다. 단언컨대 인기어는 효율적인 디자인과 실질적인 비용 절감 효과를 통해 그동안 OEM이 해결하지 못한 문제를 없애 광범위한 전기차 도입을 지원하는 데 도움을 줄 수 있을 것입니다.” 보테로 CEO가 말했다. 





궁극의 성능 구현 

인기어는 OEM의 비용을 절감케 해준다. 차량에 인기어를 추가하는 비용은 150달러 미만인데, 이는 배터리, 모터, 인버터 및 운영비용 절감액을 감안하면 극히 일부에 불과할 뿐이다. 

인모티브는 대용량 통합 구동장치에 적은 부품 수의 심플한 인기어를 통합하면 OEM은 차당 1,500달러 이상 절감할 수 있다고 주장한다. 이 절감액은 늘 같은 주행거리를 유지하고 가속력을 향상시키면서도 더 적은 수의 배터리와 더 값싼 전기모터, 인버터를 사용함으로써 이뤄낼 수 있다. 플릿 오너의 경우엔 3년에 걸쳐 전력비용으로만 대당 약 2,000달러를 절약할 수 있다고 한다.

인기어는 휠이 1회전을 마치기 전에 기어 변속을 한다. 모터는 휠과 항상 접촉된 상태로 유지되면서 기어 변속 중에도 연속적으로 토크를 가한다. 기어비는 점진적으로 변하면서 부드러운 승차감을 유지한다. 가속시간은 7%에서 최대 15%까지 향상시킬 수 있다.
인기어는 모터 효율을 최적화하고 기생손실을 줄임으로써 최대 15%까지 일반 차량의 주행거리를 연장한다. 또 견인, 등판 및 최고 속도도 향상시킨다. 예를 들어, 스포츠 모드에 있거나 운전자가 더 빠른 가속을 원한다면, 인기어는 저단 기어를 더 오래 유지할 수 있다. 시뮬레이션 결과 70 kph서 변속하면서 가속도를 3.30% 향상시켰다. 



시뮬레이션에서 인기어는 변속기와 모터 손실을 줄여 WLTP를 7.1% 향상시켰다.

시뮬레이션은 10:5 기어비가 WLTP 범위를 향상시키는 반면, 16:8 기어비가 가속도에서 더 나은 것을 보여준다.


고속도로 추월, 최고속도도 개선된다. 가속도를 개선하기 위해 특별한 기어비를 선택하면 더 극적인 차이를 만들 수 있다. 예를 들어, 인기어를 16:8 기어비로 변경하면 0~100 kph 가속도가 10.33% 향상되는 동시에 WLTP-3도 개선된다. 이처럼 인기어의 디자인 유연성은 OEM이 특정 차량 요구에 따라 사용자에 맞게 사이즈와 기술의 규모를 조정할 수 있다. 

인기어는 우선 승용차 시장에 초점을 맞추고 있다. 하지만 기술은 상용차, 마이크로 모빌리티, 연료전지 애플리케이션 등 광범위한 차량에 도입될 수 있다. 인모티브는 이미 두 곳의 글로벌 OEM과 개발 계약을 맺은 상태이며, 전 세계 OEM을 상대로 논의 중이다. 거점은 토론토 외에 이미 인도와 중국에 지사를 두고 있다. 



인기어는 OEM의 비용을 절감케 해준다. 차량에 추가 비용은 150달러 미만인데, 배터리, 모터, 인버터 및 운영비용 절감액을 감안하면 극히 일부에 불과할 뿐이다.