IDTechEx, EV 모터에서 희토류를 제거하는 4가지 방법과 아직 들어보지 못한 방법에 대해 논의

보스턴, 2023년 8월 14일 -- 다양한 현대 기술에서 희토류를 사용하는 것은 수년 동안 주목을 받아 왔습니다. 하지만 전기차(EV) 수요가 늘어나면서 이 문제가 다시 부각됐다. 2022년 전기자동차 시장의 82%는 희토류 영구자석을 기반으로 한 전기모터를 사용하고 있었습니다. 중국은 희토류 공급을 크게 통제하고 있으며, 이로 인해 2011/2012년에 큰 폭으로 급등하고 2021~2022년 사이에 큰 폭으로 상승하는 등 전년도에 상당한 가격 변동성이 발생했습니다. 결정적으로, 일부 다른 기술과 비교하여 전기 모터에서 희토류 사용을 제거하기 위해 여러 가지 방법을 사용할 수 있으며, 이 기사에서는 장단점 및 채택과 함께 간략하게 설명합니다.

이 기사는 성능, 재료, 시장 채택 및 미래 잠재력에 대해 다양한 모터 기술을 분석한 IDTechEx의 최신 "전기 자동차용 전기 모터 2024-2034" 보고서를 기반으로 합니다.

전기 모터의 구조를 간략하게 설명하자면, 고정 부품(고정자)에는 전류를 공급받아 자기장을 생성하는 금속 코일(일반적으로 구리)이 있습니다. 그런 다음 이 필드는 모터(로터)의 회전 부분을 회전시킵니다. 희토류 영구자석(PM) 모터에서는 자석이 회전자에 위치합니다.

1. 유도 전동기

유도 전동기(또는 비동기 전동기)에서 고정자에 의해 생성된 회전 자기장은 회전자에 전류를 유도하고, 이는 차례로 고정자 권선의 반경 방향 자기장에서 끌어당기거나 반발하는 자기장을 생성합니다. 유도 전동기는 회전자에 구리 또는 알루미늄 막대 또는 권선을 사용합니다. 이러한 모터는 일반적으로 짧은 기간 동안 우수한 피크 출력과 토크 밀도를 제공하지만 열 관리가 어려울 수 있으며 일반적으로 PM 옵션보다 효율성이 낮습니다.

유도 모터는 EV 시장에서 일반적으로 사용되었으며, PM 디자인을 채택한 Model 3가 출시될 때까지 Tesla의 주요 선택이었습니다. 자동차 시장에서는 아우디, 메르세데스 등 일부 지지자가 남아 있지만 유도 모터는 현재 사용하지 않을 때 항력을 생성하지 않아 디커플러가 필요 없기 때문에 가속 부스트에 사용되는 보조 모터로 주로 사용됩니다.

2. 상처형 로터 모터

EESM(외부 여자 동기 모터)이라고도 알려진 권선형 회전자 동기 모터(WRSM)는 회전자의 자석을 DC 전류를 공급하여 자기장을 생성할 수 있는 코일 권선으로 대체합니다. 이는 고정자와 회전자 자기장을 모두 제어할 수 있다는 장점이 있습니다. 단점은 로터에 권선을 추가하는 데 필요한 추가 제조 단계와 로터에 동력을 전달하기 위해 브러시가 필요하다는 것입니다. 이러한 모터는 역사적으로 전력 및 토크 밀도가 낮았지만 최신 버전은 PM 모터와 비슷합니다.

Renault는 Zoe에서 이 기술의 초기 지지자였지만 현재 BMW와 Nissan은 이 디자인을 채택했으며 Tier 1 MAHLE는 브러시를 제거하고 로터에 무선 전력을 전송하는 버전을 선보였습니다.

3. 스위치드 릴럭턴스 모터

스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)는 잠재적으로 구성이 가장 간단하며 회전자는 대부분 강철로 구성됩니다. 회전자의 강철은 주변 공기에 비해 자기 ​​저항이 낮으므로 자속은 회전자를 회전시켜 자속 경로를 단축하려고 시도하면서 강철을 통해 우선적으로 이동합니다. 단순성과 신뢰성에도 불구하고 SRM은 일반적으로 토크 리플 및 음향 소음을 포함한 다른 문제로 인해 전력 및 토크 밀도가 떨어지는 문제를 겪고 있습니다.

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SRM은 대부분 산업용 또는 고강도 애플리케이션에 국한되어 있지만 EV 개발에는 상당한 노력이 집중되고 있습니다. Turntide Technologies와 같은 회사는 더 많은 회전자 및 고정자 극을 추가하고 기존 문제를 극복하기 위해 보다 정교한 제어 시스템을 내놓았습니다. 영국에 본사를 둔 Advanced Electric Machines는 구조가 단순하지만 음향 소음과 토크 리플을 제거하는 동시에 출력과 토크 밀도를 향상시키는 세그먼트형 로터를 갖춘 새로운 유형의 모터를 개발했습니다. 이 디자인은 Bentley와 함께하는 프로젝트의 중심입니다.