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메르세데스 벤츠, 베를린에 혁신적 모터 공장 만든다

2021-11-24 오후 2:38:51
메르세데스 벤츠가 베를린에 전기 모터 공장을 만든다. 이곳에서 제작될 전기 모터는 기존 전기 모터에 비해 더 가볍고 더 강력한 출력을 더 적은 손실로 만들어 낼 수 있다고 한다. 과연 어떤 모터이길래 이토록 혁신적 강점들을 가지고 있는 걸까?


최근까지 전기차 부문의 기술 혁신은 대부분 배터리에 있었다. 더 얇고 가벼우면서 보다 안전하고, 심지어 에너지 충전과 방전 속도도 빠른 배터리를 찾아내기 위해 수많은 제조사들이 지금도 온갖 노력을 기울이고 있다. 물론 현재는 리튬 이온 배터리에 800V 고전압 시스템이 가장 앞선 것처럼 보이지만, 그럼에도 한계가 존재하며 따라서 현재 800V 고전압 배터리 시스템을 갖지 못한 다른 브랜드들은 빠르게 전고체 배터리로 눈을 돌려 새로운 혁신을 준비하고 있다.


그런데 배터리는 내연기관으로 따지면 연료이자 연료탱크다. 물론 연료의 품질이나 성능을 개선해 출력과 효율을 올리는 일은 지금까지 쉬지 않고 연구되어 왔던 기술이다. 하지만 여기에는 반드시 또 하나의 중요한 파트너가 필요하다. 바로 엔진이다. 엔진이 연료의 효율을 더 높일 수 있는 연소 기술을 갖지 못한다면 아무리 훌륭한 품질의 연료와 넉넉한 용량의 탱크가 있다고 해도 기대한 만큼의 효과를 얻을 수 없다. 이것을 전기차에 대입하면 아직 우리에게 혁신이라 여겨질만한 동력기관, 즉 테슬라의 그것과 비슷한 혁신적 전기모터가 등장하지 않았다는 뜻이기도 하다.


현재 메르세데스 벤츠는 다른 프리미엄 브랜드에 비해 적어도 전기차 분야에서는 혁신성이 다소 뒤쳐져 있다. 물론 빠른 대처로 EQ시리즈를 대거 출시하긴 했지만, 여느 전기차들과 크게 다르지 않은 성능에 기대했던 것만큼 놀라운 수준은 아니다. 특히 배터리 부문에서 메르세데스 벤츠는 오히려 다른 브랜드들에 비해 비교적 덜 혁신적인 것처럼 보였다. 그런데 메르세데스 벤츠는 다른 곳에서 조용히 혁신을 준비하고 있었다. 늘 그래왔던 것처럼 그들은 동력기관에 혁신을 준비하고 있었던 것이다.


최근 메르세데스 벤츠는 베를린에 전기모터 공장을 새로 설립하기로 결정했다. 앞으로 이 공장에서는 새로운 기술의 혁신적 전기 모터가 생산될 예정이다. 이를 위해 올해 7월 메르세데스 벤츠는 영국 소재의 전기모터 기업, YASA를 인수했다. 이 회사가 보유한 기술이 대단히 혁신적이었기 때문이다. YASA가 보유한 기술은 엑시얼 플럭스 모터(Axial Flux Motor)라는 기술로, 이 모터는 기존 전기모터에 비해 더 가볍고 더 강력하며 심지어 더 효율적이라 전해졌다. 대체 어떤 모터이길래 모든 부문에서 기존 모터를 뛰어 넘을 수 있는 것일까?


축 방향 자속 모터라고도 불리는 이 모터는 기존 모터와 달리 영구자석이 디스크 형태로 구동축 앞뒤에 설치되어 있다. 축과 영구모터가 같은 방향에 배치되는 기존 모터와는 완전히 다른 개념이다. 이렇게 배치가 달라지면서 자속 방향이 회전축과 평행으로 정렬된다. 이렇게 축과 같은 방향으로 자속이 형성되면서 모터 내부의 회전자와 고정자를 두껍게 쌓아 올릴 필요가 없으며 축의 길이도 짧은 편이다. 그래서 먼저 얻을 수 있는 이점은 모터의 두께가 얇아진다는 점이다. 이런 이유로 엑시얼 플럭스 모터를 이따금 팬 케이크 모터라고 부르기도 한다.


물론 기존 엑시얼 플럭스 모터의 경우 모터 코어가 컴팩트해 충분한 토크를 만들기 힘들어 사용할 수 있는 분야가 한정적이었다. 이에 YASA사는 토크의 크기를 키우기 위해 디스크 형태로 영구자석을 만들고 직경을 키웠다. 직경이 커지면 같은 힘이 더해져도 회전반경이 크므로 더 큰 토크를 만들 수 있다. 이는 곧바로 에너지 효율로 이어진다. 같은 전력을 흘려 보내도 더 큰 토크를 만들 수 있기 때문이다. 게다가 이렇게 더 큰 토크 생성이 가능해지면서 모터 코어 내부의 구리 권선의 양이나 철의 양도 줄일 수 있으며 따라서 모터 자체의 무게도 상당히 줄어든다. 특히 모터 코어 내부에 철의 함량을 줄일 수 있으므로 철손도 함께 줄일 수 있다는 이점이 있다.


이렇게 다양한 이점이 있음에도 불구하고 원하는 토크를 얻기 위해 직경이 커야 한다는 단점이 있었지만, 자동차라면 문제되지 않는다. 기존 클러치 크기 정도로 직경을 키운다면 자동차를 구동시키는데 충분한 토크를 얻을 수 있는데다가 배터리 크기를 유지할 경우 주행거리를 연장시키는 것도 가능하다. YASA의 설명에 따르면 기존 모터에 비해 30% 이상 더 높은 토크 밀도를 확보했으며, 고정자 내 철의 질량을 최대 80%까지 줄일 수 있어 30% 이상 향상된 전력 이동량을 확보할 수 있다고 했다. 덕분에 주행 거리 역시 5%까지 확대할 수 있다는 것이 이 회사의 설명이다. 이미 롤스로이스를 비롯해 페라리도 이 회사의 전기모터에 많은 관심을 보여왔다.


그래서 메르세데스 벤츠는 빠르기 YASA와 접촉해 이 회사를 인수했다. 물론 완전히 지배권 하에 두지 않고 독립적인 개발 및 운영을 보장했다. 대신 개발한 기술은 모두 메르세데스 벤츠의 전기차에 사용될 예정이다. 아직 이 모터를 어떤 모델에 어떤 성격으로 배치할 것인지는 공개되지 않았지만, 경량과 고효율 그리고 고성능이라는 조건을 달성 할 수 있다면 AMG에 우선적으로 배치될 가능성이 높다. 또한 향후 메르세데스 벤츠 EQ 시리즈 대부분이 이 모터를 사용해 더 강력하고 효율적인 성능을 확보할 예정이다. 특히 컨셉트카에서 선보였던 인 휠 모터 역시 적용 가능하다.


분명 전기차 부문에서 메르세데스 벤츠는 혁신적인 모습이 부족했지만 이제는 사정이 달라졌다. 베를린에 새롭게 설립되는 메르세데스 벤츠의 전기모터 공장은 다시 한 번 정상을 향해 도약하는 출발점이 될 것으로 보인다.


박종제 에디터는?
F1 레이싱 코리아 전 편집장으로 포뮬러 1과 관련된 뉴스 그리고 레이스의 생생한 이야기와 트랙 밖의 이야기를 다수의 매체를 통해 전해왔다.
레드불 코리아, 한국 타이어 매거진 뮤(MiU) 등의 온/오프라인 채널에 F1, 24h 르망, WRC 등 다양한 글로벌 모터스포츠 이야기를 전하고 있는, 모터스포츠 및 자동차 전문 에디터다.

오토뷰 | 박종제 에디터
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