새로운 에너지 차량, eVTOL 항공기, 심지어 휴머노이드 로봇까지 엄청난 속도로 발전함에 따라 엔지니어는 제한된 공간에서 극한의 전력을 추출하는 방법이라는 영원한 과제에 직면하게 됩니다.
전통적인 방사형 플럭스 모터(익숙한 원통형 기계)는 물리적 한계에 접근하고 있는 것 같습니다. 지금 이 순간에도 차세대 핵심기술인 축류모터(Axial Flux Motor) 가 조용히 주목받고 있습니다. 이는 1821년 패러데이가 발명한 전기 모터의 원형일 뿐만 아니라, '경량 vs. 고전력'이라는 역설을 해결하는 오늘날의 최적의 솔루션이기도 합니다.
1. 해부: '원통형 캔'에서 '팬케이크'까지 – 폼 팩터 혁명
축방향 자속 모터를 이해하는 가장 쉬운 방법은 시각적 비교를 이용하는 것입니다.
전통적인 방사형 모터: '원통형 캔' 모양입니다. 고정자는 회전자를 둘러싸고 있으며 자속은 회전자의 반경 방향 (반경)을 따라 수직으로 방사됩니다. 이 구조로 인해 기계의 축 길이가 길어져 부피가 커집니다.
축 자속 모터: '팬케이크' 또는 '콤팩트 디스크' 모양입니다. 고정자와 회전자가 마주보며 편평하게 쌓여 있고 자속은 축 방향 (샤프트에 평행)을 따라 직선으로 이동합니다. 이러한 대면 레이아웃은 본질적으로 평평하고 컴팩트합니다.
방사형 모터를 회전하는 배럴로 생각한다면 축형 모터는 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 연삭 휠과 같습니다.
2. 핵심 장점: 더 작지만 더 강하다
고급 슈퍼카(예: Ferrari, Mercedes-AMG)와 거대 항공우주 기업이 축 자속 기술에 대한 기존 솔루션을 포기하는 이유는 무엇입니까? 대답은 '판도를 바꾸는' 물리적 특성에 있습니다.
A. 초고전력 및 토크 밀도
회전자 직경을 고정자보다 크게 만들 수 있고(분할 비율 최대 100%) 자석이 회전축에서 더 멀리 위치하기 때문에 지렛대 원리(토크 = 힘 × 반경)는 동일한 전류 입력에 대해 훨씬 더 높은 토크를 제공한다는 것을 의미합니다. 데이터에 따르면 고급 축방향 자속 모터는 115Nm/kg의 토크 밀도를 달성할 수 있습니다. 이는 기존 V8 엔진과 비슷하지만 훨씬 가볍습니다. 기존 방사형 모터에 비해 전력 밀도는 일반적으로 30% 이상 향상되며 일부 설계는 14.9kW/kg에 이릅니다.
B. 컴팩트한 '스페이스 매직'
차량 섀시 설계에서는 축 공간이 중요한 경우가 많습니다. 축방향 플럭스 모터의 축방향 길이가 매우 짧기 때문에 휠 내부에 직접 장착되거나(허브 모터로서) 섀시의 틈새에 원활하게 내장될 수 있습니다. 이는 전면 및 후면 저장 공간을 확보하고 분산 드라이브를 위한 물리적 기반을 제공합니다.
C. 고효율을 통한 확장된 범위
더 짧은 자속 경로와 더 낮은 철 손실(히스테리시스 및 와전류 손실)을 통해 이러한 모터는 종종 96% 또는 심지어 97%를 초과하는 효율을 달성합니다. 동일한 배터리 용량의 경우 주행 거리가 더 길어집니다.
3. 토폴로지: 회전자와 고정자의 '샌드위치' 구성
축방향 자속 모터는 여러 형태로 제공됩니다. 성능과 냉각의 균형을 맞추기 위해 엔지니어들은 주로 두 가지 '샌드위치' 구조를 개발했습니다.
단일 로터/이중 고정자(중간 로터): 로터는 두 고정자 사이에 위치합니다. 자기 인력은 서로 상쇄되어 불균형한 축력 문제를 해결합니다. 견고하며 고성능 드라이브에 적합합니다.
단일 고정자/이중 회전자(중간 고정자): 고정자는 두 개의 회전자 사이에 위치합니다. 이 구성은 회전 관성이 더 높고 오일로 고정자를 직접 냉각하는 것이 더 쉽기 때문에 극한의 성능 응용 분야에서 선호됩니다.
4. 제조상의 과제: 왜 지금에서야 시작되는가?
축방향 자속 모터는 방사형 모터보다 빠른 1821년에 발명된 이후 지난 200년 동안 왜 주류가 되지 않았습니까? 답은 공정 및 자재 병목 현상 에 있습니다..
극도의 정밀도 요구 사항: 평면 공극으로 인해 로터가 약간 기울어지거나 휘어져도 로터와 고정자가 접촉('마찰')될 수 있습니다. 이는 기존 모터보다 훨씬 더 엄격한 정밀도와 조립 요구사항을 부과합니다.
열 방출의 어려움: 컴팩트한 '샌드위치' 구조는 열 방출을 위한 작은 표면적을 의미합니다. 열이 빠르게 축적되는 경향이 있습니다. 이를 해결하기 위해 YASA와 같은 제조업체에서는 도입했습니다 . 수중 오일 냉각을 고정자 권선을 냉각 오일에 직접 담그는
신소재 혁명: 전통적인 실리콘 강철 적층은 축 모터에 필요한 복잡한 비원형 형상으로 성형하기가 어렵습니다. 성숙해지면서 연자성 복합재 와 비정질 합금이 이제 3D 자기 회로 설계가 가능해졌습니다. 한편, 탄소섬유 포장 기술은 고속 원심력 하에서 로터 무결성 문제를 해결합니다.
5. 응용 분야: 미래가 여기에 있습니다
이러한 과제가 점차 극복되면서 축방향 자속 모터는 실험실에서 대량 생산으로 전환되고 있습니다.
신에너지 차량: 이는 가장 큰 성장 시장입니다. 고성능 슈퍼카의 주요 견인 모터로 사용되거나 범위 확장 시스템의 고효율 발전기로 사용되는 축 자속 모터는 e-드라이브 성능을 재정의하고 있습니다. Zhixin Technology와 같은 제조업체는 2026년까지 관련 파워트레인을 대량 생산할 계획을 발표했습니다.
전기 항공: eVTOL 항공기는 중량에 매우 민감하며 8kW/kg를 초과하는 모터 전력 밀도를 요구합니다. 축방향 자속 모터는 비행의 꿈을 실현할 수 있는 몇 안 되는 솔루션 중 하나입니다.
휴머노이드 로봇: 로봇 관절에는 매우 높은 토크 밀도와 평평한 모양이 필요하므로 축 방향 자속 모터는 액추에이터 관절에 이상적입니다.
축방향 자속 모터는 단순히 복고풍의 부활이 아닙니다. 이는 성능 혁명 입니다. 새로운 소재와 새로운 프로세스에 의해 주도되는 이는 '모터는 길고 원통형이어야 한다'는 100년 전통의 사고방식을 깨뜨립니다.
엔지니어와 제조업체에게 이는 단순한 파워트레인 업데이트가 아니라 섀시 아키텍처와 전반적인 차량 설계 철학 의 해방입니다 . Mercedes-Benz가 YASA를 인수하고 중국의 공급망이 공격적으로 이 분야에 진출함에 따라 2026년은 대규모 축류 모터 채택의 원년이 될 것입니다. 더 작고, 더 가벼우며, 더 강력한 e-드라이브 시스템의 시대가 전속력으로 다가오고 있습니다.
