인휠 모터(In-Wheel Motor)

인휠 모터의 필요성

▷ 인휠 모터(In-wheel Motor)는

모터 자체를 자동차 바퀴 안에 내장하여 네 바퀴가 각각 분산 구동하는 방식으로
자동차를 주행하게 하는 전기자동차 및 하이브리드 자동차용 모터 중 가장 주목을
받고 있는 직접 구동(Direct Drive)방식의 모터시스템 이다.

휠 안에 모터를 위치시켜 휠 안에 모터와 제동장치, 허브가 하나의 모듈로 구성,
동력손실 최소화, 단순화된 구조로 무게를 줄이고 연비 개선 효과가 있습니다
전기자전거나 스마트휠, 전동킥보드 등에도 이미 사용되고 있는 기술이다.

인휠모터의 역사

1898년 오스트리아의 자동차 설계자인 페르디난트 포르쉐는
자동차 바퀴에 모터를 설치해 구동하는 기술을 고안했습니다.
그러나 당시 기술로는 이 시스템을 구현하기 어려웠으며,
이 기술은 상용화되지 않았습니다.
전기자동차가 상용화되면서 포르쉐가 고안한 장치는
120년이 지난 지금, 이 기술은 최근 다시 연구되면서
‘인 휠 모터시스템(In Wheel Motor System)’로 구현되었습니다.

In Wheel Motor 구조

‘인 휠 모터시스템’은 자동차 바퀴에 구동 모터와 브레이크 시스템, 서스펜션(완충장치)등을
통합하여 부착된 시스템이다.
이 시스템을 통해 각각의 바퀴를 차량의 주행상태에 따라 독립적으로 제어할 수 있습니다

부품별 기능

분류	부품	기능 및 개발 방향
냉각 시스템	인휠모터 냉각시스템	• 하이브리드, 연료전지, 전기자동차 등에 적용되는 인휠모터의 공랭식으로 냉각시켜 냉각효율 향상 필요
구동 시스템	인휠 감속기	• 구동모터와 휠 사이에 감속기를 적용하여 회전속도를 낮추면서 높은 구동력을 얻도록 하는 부품
	인버터	• 배터리의 고전압 DC(직류)전류를 고전압 AC(교류)전류로 변환하여 모터에 공급하는 역할
	전기모터	• 주행시에는 배터리, 인버터로부터 직류, 교류전원을 받아 회전하며, 제동시에는 배터리를 충전하는 발전기 역할
	인휠모터 변속기(2단)	• 차동장치 내부에 2단 변속 모듈을 내장하여 저속1단, 고속2단의 동력을 전달하는 역할을 하는 부품
제어장치	인휠모터 제어장치	• 인휠모터가 각 차륜의 휠 안에 장착되어 각 차륜이 독립 구동으로 제어될 수 있는 시스템으로 이를 제어하는 장치

기존 중앙구동모터 전기자동차와의 차이점

기존 자동차는 차량의 엔진룸에 중앙 모터나 엔진이 설치되어 있는 구조여서 엔진의 힘을
각종 샤프트와 기어 장치를 통해 바퀴에 전달하는 방식이다.

인휠 모터 시스템은 모터의 구동력을 직접 바퀴에 전달하여 동력 손실을 줄일 수 있다.
또한 엔진룸에 설치된 대형 구동모터가 사라지기 때문에 차량의 무게를 감소시킬 수 있으며

인휠 모터 시스템 산업

• 기초산업 센서, 로터, 휠, 타이어, CAN통신, ICT 융합기술, 소형화 및 경량화 기술 등
• 인휠 모터 시스템 분야 정밀제어 및 독립제어, 2단 및 3단 변속기, 기어박스, 차량자세제어, 모션제어 등
• 실용화 제품 전기자전거, 킥보드, 전기이륜차, 전기자동차,

In Wheel Motor의 장점

▷ 차량의 효율을 증대 (동력 손실을 최소화)

인휠모터는 전기차를 움직일 수 있는 동력원인 모터와 제동장치 등을 바퀴 안에 장착하는
것으로 엔진이나 모터가 회전하면서 발생한 동력이 토크컨버터, 변속기, 드라이브사프트 등
여러 동력 전달 장치를 거치는 일반 차량과 달리 모터가 바로 바퀴를 직접 구동시키기 때문에
중간 과정에서 동력 손실이 거의 없습니다.
내연기관의 효율이 약 35~40% 이고, 전기자동차의 효율도 60% 수준이며,
인휠 모터 시스템을 장착한 자동차는 최대 90%이상의 효율이 나올 수 있습니다

▷ 기존 차량은 하지 못했던, 주차 및 선회 능력

타이어가 90도로 선회하여 직각 주차가 가능하며
왼쪽 바퀴와 오른쪽 바퀴를 반대로 회전시켜 제자리에서 360도를 회전할 수 있다. 주차 보조 시스템과 연동하면 전자동으로 주차가 가능한다.
마치 주차 빌딩 입구에 설치된 원형 회전 장치와 같이 자동차가 그대로 180도를 회전한 후 출차를 할 수 있는 것이다.
이 장치가 많은 자동차에 보급된다면, 주차난이 심한 공항, 아파트, 빌딩 등의 주차장에서 주차면수를 획기적으로 늘릴 수 있다.
이를 통해, 이 공간을 더욱 효율적으로 이용할 수 있어 차량 주차로 인한 스트레스에서 해방될 것이다.

▷ 부품 최소화 및 보수용이

각 바퀴에 장착되는 인휠 모터는 드라이브 샤프트 차동장치 같은 동력 전달장치 및
이에 딸린 부품을 줄일 수 있어 내부 공간 확보 및 유지보수가 용이한다.

▷ 주행 안전성

일체형의 전동브레이크는 유압이 아닌 모터의 힘으로 제동력을 발생시키게 되며,
전자제어장치를 통해 차량의 앞, 뒤 바퀴를 각각 개별적으로 제어하여 제동력을 적절하게,ㅠㄱ> 분산 가능하며, 차동기어장치와 차동 기어제어장치가 없이도 매끄러운 선회가 가능한다.

▷ 사용자의 요구에 맞춰 구동부를 다양하게 제작가능

인휠모터시스템을 앞바퀴 2개에 달면 전륜자동차, 뒷바퀴 2개에 달면 후륜자동차,
바퀴 4개에 모두 달면 4륜구동 자동차가 됨.

In Wheel Motor의 단점

▷ 외부 충격에 취약

일반적으로 바퀴는 타이어(고무)인데, 수 많은 충격을 흡수하는 역할을 한다.
각종 부품들이 집약되어 있는 ‘인휠 모터 시스템’은 외부 충격을 받으면 쉽게 손상될 것 이다.

▷ 제작이 어렵고 내구성 문제 발생

인휠 모터 시스템은 모터가 바퀴마다 장착됨으로 인하여 모터와 피드백 센서의 개수가 많아져
시스템이 복잡해지고 제어와 제작상의 어려움이 있습니다

▷ 제어가 어렵고 구조가 복잡함

다수의 모터를 제어에 고성능 프로세서와 정밀 센서가 뒷받침되어야 하며,
또한 가속 및 언덕 주행에 필요한 고성능 모터가 필여하며, 또한 전원 케이블과
신호의 단선 문제도 인휠 모터의 실용화를 막는 걸림돌 이다.

차동기어장치

현재의 자동차에는 없어서는 안 될 장치가 있다. 바로 차동기어장치인데요,
자동차의 주행성능을 유지시키는 핵심 장치이다.
이 장치는 선회 시 바퀴가 미끄러지는 현상을 방지한다.
자동차가 오른쪽으로 회전할 때 회전 반경 바깥쪽의 왼쪽 바퀴와 회전수를 오른쪽 바퀴보다
빠르게 하여 차가 미끄러지지 않도록 한다.
이를 차동기어장치와 차동기어제어장치가 바퀴의 회전수를 적절히 조절하면서 수행하는 것이다.

그런데, ‘인 휠 모터시스템’은 바퀴의 개별 제어가 가능함에 따라 차동기어장치와
차동 기어 제어장치가 없이도 매끄러운 선회(회전)가 가능한다.
차동기어장치뿐만 아니라 브레이크 유압시스템 등 각종 파이프라인과 대부분의 동력전달 장치가
없어짐에 따라 차량의 무게는 더욱 가벼워지며 자동차의 고장 또한 현저하게 줄어들게 된다.