축방향 자속 전동기 소개

자속 경로의 방향에 따라 분류하면 축방향 자속 전동기와 반경방향 자속 전동기로 나뉜다. 축방향 전동기는 자속이 축 방향으로 흐르고, 반경방향 전동기는 자속이 반경 방향으로 흐른다. 신에너지자동차와 재생에너지의 발전에 따라, 축방향 전동기는 공간 활용성과 효율성 측면에서 우위를 지니며 전기구동 기술의 미래로 불리고 있으며, 점차 로봇, 관절형 전동기 및 고급 전기차 등 고부가가치 분야에서 대체 솔루션으로 자리매김하고 있다.

축방향 자속 전동기는 높은 출력 밀도와 경량화를 핵심적인 강점으로 하지만, 열 dissipation과 비용 문제를 해결해야 한다.

방사형 자속 전동기는 공정이 성숙하고 비용이 저렴하지만, 부피가 크고 출력 밀도가 제한된다.

차원	축방향 전동기	방사형 전기모터(전통적 전기모터)
자속의 방향	모터 축에 평행(축방향)	모터 축에 수직으로(방사형)
구조적 특징	플랫 디자인, 축 방향 치수가 짧음	원통형 구조로, 축방향 길이가 길다.
전력 밀도	고(외경³과 토크 관련)	중간(외경²×적층 높이와 토크 관련)
토크 특성	저속 고토크(회전자 직경이 크다)	토크는 회전수에 따라 변화가 비교적 뚜렷하다.
열 방출 난이도	열 방출 경로가 길어 설계를 최적화해야 합니다.	열 방출 경로가 짧고 공정이 성숙합니다.
비용과 공정	비용이 높고 공정이 복잡하다	비용이 낮고, 양산 공정이 성숙합니다.
전형적인 응용	전기자동차, 풍력발전, 연료보조장치	산업용 전기모터, 전통형 전기차, 가전제품
효율	일반적으로 >96%	보통 90%~95%

축방향 플럭스 모터(Axial Flux Motor)

자속 경로가 전동기 축과 평행한 전동기의 구조로, 고정자와 회전자는 평면상에 배치되어 자속이 축방향으로 흐르며, 그 기술적 원리와 구조 설계는 전통적인 방사형 자속 전동기와는 현저히 다르다.

특징 :

• 구조가 콤팩트함: 플랫형 설계로 축방향 치수가 짧고, 중량이 가벼우며, 출력 밀도가 높습니다(외경은 토크와 관련됨).
• 높은 토크 밀도: 로터의 지름이 더 커져 동일한 힘 하에서 더 높은 토크 출력을 얻을 수 있습니다(토크 = 힘 × 반지름).
• 고효율: 자속 경로가 짧아(1차원) 일반적으로 효율이 96%를 상회하며, 전통적인 방사형 전동기와 동등하거나 그 이상의 성능을 발휘합니다.
• 열 방출 도전 과제: 열 경로가 길어 복합재료 로터, 능동 냉각 시스템 등 설계 최적화가 필요하다.
• 비용이 높음: 공정이 복잡하며(예: 탄소섬유 로터, 정밀 조립), 대량 생산의 난이도가 상당히 높다.

응용 시나리오:

• 전기자동차: 분산형 전동구동 시스템(차체 공간 최적화), 증속형 발전기.
• 풍력발전: 직구식 풍력터빈(높은 토크 밀도와 경량화 요구).
• 산업 설비: 고출력 밀도와 경량화가 요구되는 분야(예: 드론, 로봇 관절).

구조:

모터는 원판형 구조를 가지며, 고정자와 회전자를 평행하게 배치하여 축방향 치수가 작고, 기隙은 평면형으로 설계된다. 자속은 축방향으로 전체 자로를 관통하므로 자속 손실을 줄일 수 있다. 일부 설계에서는 고강도 복합재료를 이용해 자로를 분리함으로써 와류 손실을 저감하고 기계적 강도를 향상시킨다. 대표적인 구조 형태로는 단일 고정자·단일 회전자, 이중 고정자·단일 회전자, 단일 고정자·이중 회전자 및 다중 원판형 구조가 있다.

 

방사형 플럭스 모터( Radial Flux Motor)

자속 경로가 레이디얼 방향으로 고정자와 회전자를 관통하는 전통적인 전동기 구조에서는, 고정자가 회전자를 감싸는 원통형으로 구성되며, 이에 의해 발생하는 유효 자기장의 방향은 전동기의 회전축에 수직으로 향한다. 이러한 레이디얼 자기장 간의 상호작용을 통해 전기에너지와 기계에너지 간의 변환이 이루어진다.

특징 :

• 구조적 성숙도: 원통형 설계로 축방향 길이가 비교적 길며, 기술 축적이 풍부하고 공정이 표준화되어 있습니다.
• 출력 밀도가 낮음: 토크는 외경과 적층 높이에 따라 결정되며, 부피가 크고 공간 활용도가 낮다.
• 냉각 성능이 우수함: 자속 경로가 짧아 열 관리가 비교적 간단하며, 연속적인 고부하 운전에 적합합니다.
• 비용이 저렴함: 대량 생산 공정이 성숙하여(예: 적층 철심 및 권선 공법) 가성비가 우수합니다.
• 토크 특성: 토크가 회전수에 따라 비교적 크게 변하므로 감속기를 병용해야 합니다.

응용 시나리오:

• 산업용 전동기: 펌프, 송풍기, 압축기 등 일반 기계 구동용.
• 전통적인 전기자동차: 초기 전기차 구동 시스템(예: 테슬라 모델 S).
• 가정용 가전제품: 세탁기, 에어컨 등 저소음·저비용 적용 사례.

구조

전동기는 원통형으로 설계되며, 고정자는 회전자를 둘러싸고 있고 기隙은 원환형을 이루며, 자속 경로가 비교적 길어 고정자와 회전자의 철심을 통해 폐회로를 형성한다. 이러한 구조는 공정이 상당히 성숙하여 대량 생산이 용이하며, 전동기의 고정자 및 회전자 설계가 비교적 단순하고 권선 배치가 규칙적이어서 표준화된 제조에 적합할 뿐만 아니라 유지보수 비용도 낮다.

 

█ 축방향 자속 전동기는 누가 개발하고 있나요?

현재 국내외 주요 축방향 자속 전동기 공급업체는 다음과 같습니다:

01#

야사

YASA는 2009년 설립 이래 축방향 자속 모터의 최적화와 양산에 전념해 왔으며, 운송 분야에서의 적용 확대를 위해 힘써 왔습니다. 10여 년에 걸친 끊임없는 노력 끝에 YASA는 축방향 자속 모터 기술 분야에서 강력한 지식재산권 포트폴리오를 구축했으며, 중국에서만 관련 특허를 100건 이상 출원하여 특허 출원 수에서 선도적인 위치를 차지하고 있습니다.

YASA의 대표 제품인 YASA 750과 YASA P400은 무자계 구조, 분절형 전기자 및 직접 오일 냉각 등 독창적인 설계를 바탕으로, 트랙션, 발전, 유압 변환 등 다양한 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 또한 YASA는 새로운 휠 하우스 축방향 자기유도 모터를 성공적으로 개발했으며, 이는 이미 메르세데스-벤츠의 Vision One-Eleven 모델에 적용되어 있습니다. 앞으로는 AMG 전기차 시장에서도 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

02#

마그낙스

Magnax는 무자계 축방향 자속 모터의 설계와 최적화에 주력해 왔으며, 2015년 이래로 전기 구동 기술의 혁신을 지속적으로 추진해 오고 있습니다. 회사의 사업은 Traxy와 Axyal의 두 개 부문으로 나뉘어 있으며, 각각 지상 차량과 항공우주 추진 시스템 분야를 지원합니다.

Traxy 축방향 자속 모터 시리즈: 지상 차량용으로 특별히 설계되어, 전력 밀도, 효율성 및 신뢰성 간의 균형을 중시하며, 전기자동차, 버스 등에 적합합니다.

Axyal 축방향 플럭스 모터 시리즈: 항공우주 분야의 응용을 위해 설계되어, 높은 출력 밀도와 엄격한 중량·치수 요구사항을 충족합니다.

Magnax의 축방향 자속 모터 분야에서의 기술적 우위에는 사각형 단면 와이어를 통한 구리 충전율 향상, 방향성 강판을 활용한 철심 손실 저감, 다양한 냉각 솔루션 및 적층형 방열기 등이 포함된다. 대표 제품인 AXF225 축방향 자속 모터는 중량이 13kg에 불과하지만 최대 출력 220kW를 발휘하며, 비자성 설계가 고출력 밀도와 경량화 측면에서 갖는 뛰어난 장점을 입증하고 있다.

03#

에볼리토

에볼리토는 항공우주 산업을 위해 소형의 부피와 경량화된 중량, 그리고 적정 추진 속도에서 발휘되는 높은 토크와 출력 밀도로 특징지어지는 첨단 축방향 플럭스 모터를 공급하는 데 주력하고 있습니다.

Evolito는 다양한 요구를 충족하기 위해 D250, D500, D1500의 세 가지 서로 다른 형식의 축방향 자속 모터를 제공합니다.

▶ D250 모델: 특징은 낮은 토크와 고속으로, 특히 고속 응용 분야에 적합합니다.▶ D500 모델: 중간 수준의 토크와 속도를 갖추고 있어, 토크와 속도의 균형이 필요한 응용 분야에 적합합니다; ▶ D1500 모델: 이는 높은 토크와 낮은 회전수라는 특성으로 인해 저속에서도 높은 토크가 요구되는 응용 환경에 매우 적합합니다.

에볼리토 축방향 플럭스 모터의 기술적 특징에는 다음이 포함됩니다:

▶ 최소 크기와 최경량: 동급 제품에 비해 Evolito 모터는 크기와 무게 모두에서 선도적인 위치를 차지합니다.

▶ 무유 설계: 무유식 설계를 채택하고 분할형 자석을 적용하여 중량을 효과적으로 경량화하고 성능을 향상시켰습니다.

▶ 강화된 보안: 모터는 1×3 및 진정한 2×3 위상 이동 설계를 적용하여 안전성을 크게 향상시켰습니다.▶ 통합형 이중화 및 센서: 내장형 이중 채널 이중화 시스템과 위치 및 온도 센서를 탑재하여, 높은 보안 요구 사항이 적용되는 환경에서도 안정적인 운전을 보장합니다.▶ 맞춤 권선: 에볼리토는 특정 응용 요구사항에 맞게 권선을 맞춤 제작하여 모터 성능을 더욱 최적화할 수 있습니다.

Evolito의 축방향 플럭스 모터는 항공우주 분야에서 광범위한 응용을 보이며, 여기에는 eVTOL(전기 수직이착륙기), UAM(도시 항공 모빌리티), 헬리콥터, 그리고 하나 이상의 회전날개를 갖춘 고정익 일반항공기가 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.

04#

아비드 테크놀로지 회사

AVID 테크놀로지는 현재 EVO 시리즈의 표준화된 축방향 플럭스 모터 제품을 보유하고 있다. 사양은 표 3을 참조하시기 바란다. AVID는 자사 제품의 비출력이 10 kW/kg 이상에 달한다고 밝혔다.

위 그림은 AVID Technology사의 제품 라인업입니다.

05#

팡굿（판구동력）

축방향 전기모터를 핵심으로 하여, 판후 파워는 최적화된 감속기와 컨트롤러 등 관련 부품을 통합한 전동구동 솔루션을 제공하며, 이는 신에너지차, 버스, 화물차, 전기오토바이 및 건설기계 등 다양한 분야에 널리 적용되고 있습니다. 2023년 초 기준, 판후 파워는 총 1,178건의 각종 특허를 출원하여, 축방향 자기유도 전기모터 분야에서 세계적인 수준에 도달했습니다.

현재 판구동력은 각종 특허를 총 1,178건 출원하여 전 세계 축방향 자속 모터 분야에서 압도적인 우위를 점하고 있습니다. (판구 특허 출원 현황)

판구동력의 축방향 전기모터 제품은 PCB, ICS, ICD 및 9TFA 등 네 가지 주요 부문으로 구분되며, 다양한 분야에서 요구되는 63W부터 600kW에 이르는 동력 범위를 포괄합니다. 동종 경쟁 제품과 비교할 때, 판구동력의 차량용 구동모터는 출력 밀도가 8.17kW/kg에 달해 미국 에너지부가 모터 개발 계획에서 설정한 2025년 기준을 상회합니다. 또한 토크 밀도 역시 중국 공업정보화부가 ‘에너지 절약 및 신에너지자동차 기술 로드맵 2.0’에서 제시한 2035년 상용차용 구동모터 기준을 초과함으로써, 판구동력의 제품 성능은 국제적으로 선도적인 수준에 도달했습니다.

판구동력 회사는 휠사이드 및 휠허브 모터 솔루션의 심층 개발에 주력하며, 축방향 모터의 승용차 시장 적용을 적극적으로 추진하고 있습니다. 최근 개최된 전시회에서 판구동력은 ICS120K, ICD150K, PDS100K 등 축방향 모터와 이를 기반으로 한 전기구동 솔루션을 선보이며, 중앙 집적형 구동 방식과 신형 승용차용 휠허브 전기구동 시스템을 포함한 승용차 분야에서의 기술 통합 역량을 여실히 입증했습니다. 특히 ICS120K 모터는 성숙한 휠사이드 모터 구동 솔루션으로서 버스 분야에서 이미 널리 활용되고 있으며(8,000세트 이상), 지하철 버스 등 다양한 분야에서의 성공적인 적용 사례를 통해 판구동력 모터가 상용차 분야에서 선도적인 수준임을 보여주고 있습니다.

06#

마젤렉（磁雷革）

Magelec Propulsion은 완전한 파워트레인 제조업체로, 미국의 기어 제조업체인 Omni Gear의 산하 기업입니다. 2014년, Omni는 동력 전달 제품을 통해 여러 전기차 프로젝트에 참여해 왔으며, 이를 바탕으로 사업 다각화를 추진한 결과, 전동화에 특화된 독립 법인을 설립하여 Magelec을 탄생시켰습니다.

Magelec의 핵심 제품은 축방향 자속 영구자석 동기전동기이며, IGBT 및 SiC MOSFET 기반의 전동기 제어 유닛과 기어 변속 장치를 통해 자동차 OEM에 완전한 구동 솔루션을 제공합니다. 이는 순수 전기차부터 플러그인 하이브리드 차량에 이르기까지 다양한 응용 분야를 포괄할 수 있습니다.

07#

세모터(샤오샹 전동)

SEMOTOR는 고에너지 자기모터 기술의 개발에 주력하며, 구동 솔루션을 제공합니다. 주요 제품으로는 소형 4족 생체모방 로봇용 SEmotor1K와 대형 생체모방 로봇 및 관절 모터 시스템용 SEmotor6K가 있습니다.

이들 전동기는 최대 10kW/kg의 출력 밀도, 20Nm/kg의 토크 밀도 및 97% 이상의 효율을 갖추고 있으며, 피크 출력 범위는 1.5kW에서 100kW까지입니다. 기존의 방사형 자속 전동기에 비해 SEMOTOR의 축방향 자속 전동기는 부피와 중량, 효율 면에서 뛰어난 장점을 지니며, 신에너지차, 전기 오토바이, 산업용 로봇, 드론, 전기 선박 및 전기 항공기 등 다양한 분야에 적합합니다.

선전 샤오샹의 제품은 여러 로봇 구동 장치 프로젝트의 하위 분야에 적용되고 있습니다. 현재까지 선전 샤오샹의 SEmotor1K 및 SEmotor6K 축방향 모터는 소형 사족 생체모방 로봇과 대형 생체모방 로봇의 관절 모터 시스템 개발 프로젝트에 성공적으로 적용되어 우수한 성과를 거두었습니다.

08#

Phi-Power

피-파워 회사는 축방향 자속 전동기의 연구개발과 생산에 주력하는 기업으로, 그 축방향 자속 전동기 제품군에는 다음과 같은 제품들이 포함됩니다:

▶ 피301: 이 모터는 고출력 응용 분야를 위해 특별히 설계되어, 극도로 높은 출력 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

▶ 피271: 이는 중간 출력의 응용 분야에 적합하며, 성능과 효율성 간의 완벽한 균형을 구현합니다.

▶ 피27S: 이 모터는 고속 응용에 최적화되어 있어 더 높은 토크 출력을 제공합니다.

기술적 우위 측면에서, Phi-Power의 축방향 자속 전동기는 다음과 같은 특징을 보여줍니다:

▶ 고출력 및 토크 밀도: 전통적인 전동기와 비교할 때, Phi-Power의 전동기는 동일한 공간 내에서 더 큰 출력과 토크를 제공하여 뛰어난 성능을 발휘합니다.

▶ 컴팩트한 디자인: 이들 모터는 설치 길이가 제한된 응용 분야에 특히 적합하며, 높은 출력 밀도로 인해 장치를 더욱 컴팩트하고 효율적으로 설계할 수 있습니다.

▶ 높은 보호 등급: 견고한 밀폐형 설계를 채택한 Phi-Power의 모터는 IP6k9의 높은 보호 등급을 갖추어 열악한 환경에서도 안정적이고 신뢰성 높은 운전을 유지합니다.

▶ 맞춤 설계: 당사는 하이브리드 기계나 연료 보조 발전기 등과 같은 특정 응용 요구사항을 충족하기 위해 맞춤형 설계 서비스도 제공합니다.

응용 분야 측면에서 Phi-Power의 축방향 자속 모터는 경주용 차량, 중형 트럭, 하이브리드 및 증행식 전기 구동 시스템 등 다양한 분야에 광범위하게 적용되어, 뛰어난 시장 적합성과 기술력을 입증하고 있습니다.

09#

존하오(중하오 전동)

중하오 전동의 축방향 모터는 주로 중소 출력 범위에 집중되어 있으며, 공식 웹사이트에 소개된 60kW 하이브리드 모터의 경우 최고 효율이 95%를 상회합니다. 현재 중하오 전동의 축방향 모터는 디젤 증속기, 하이브리드 시스템, 건설기계 탑재형 모터 등 다양한 분야에서 이미 적용되고 있으며, 시장으로부터 폭넓은 인정을 받고 있습니다.

제품 특징은 다음과 같습니다:

▶ 혁신 기술: 이중 고정자 축방향 자속 전동기 기술을 채택함으로써, 시장의 주류 제품에 비해 크기는 3분의 1로 줄고 무게는 30% 경량화되는 뛰어난 성능을 구현했습니다.

▶ 탁월한 성능: 모터의 평평한 구조와 저속·고토크 특성으로 인해, 증설형 발전기로 활용하기에 매우 적합합니다.

▶ 컴팩트하고 효율적: 전체적인 연료보조발전기 시스템은 설계가 콤팩트하여 다양한 차량의 제한된 설치 공간에도 손쉽게 적용 가능하며, 현대 자동차의 경량화 추세에 부합합니다.

10번

비욘드 모터스)

BEYOND Motors는 고성능 축방향 자속 전기모터의 설계와 제조에 주력하며, 뛰어난 출력 밀도, 효율 및 신뢰성을 제공합니다. 당사의 제품은 해양, 항공우주, 트럭 운송, 자동차 및 산업 분야 등 다양한 영역에서 폭넓게 활용되고 있습니다. BEYOND Motors의 전기모터는 고객이 더 높은 에너지 효율과 더 긴 주행 거리를 달성하는 데 기여합니다.

11#

이곤동력

이쿤 파워테크놀로지(우시) 유한회사는 2021년 12월에 설립되었으며, 신에너지자동차, 광산용 변속기, 전동 선박, 궤도교통, 국방·군수 등 다양한 분야의 주요 고객을 대상으로 새로운 축방향 자속 전자기 토폴로지 설계, 신소재 및 신공정, 그리고 일체형 통합 기술의 설계·연구개발 및 응용 솔루션을 제공하는 첨단기술 기업입니다. 또한 고출력 밀도 디스크형 모터의 기술 연구개발과 지속적인 개량, 나아가 산업화 실현에 중점을 두고 있습니다.

현재 무석시 후이산구에 연간 10만 세트의 디스크형 모터를 생산하는 유연한 스마트 제조 라인을 구축하였으며, 산이 중카, 푸톈자동차, 중롄중커 등 업계 선도 기업 고객들에게 디스크형 모터 및 조립품의 대량 생산 서비스를 제공하고 있습니다.

이쿤 파워와 YASA 디스크형 전기모터 비교:

▶YIKUN SRS 디스크형 모터는 독자적인 이중화 설계를 갖추고 있어, 두 개의 고정자 각각을 개별적으로 제어하여 독립적으로 운전할 수 있습니다. 이를 통해 시스템의 높은 신뢰성과 이중화를 확보합니다.

▶SRS 디스크형 모터는 회전자 하나만으로 구동되므로 고가의 영구자석 사용량을 대폭 줄여 전체 기기의 원가를 낮출 수 있으며, 제품의 높은 가성비 문제를 해결합니다.

▶SRS 디스크형 모터는 고정자 두 개를 갖추고 있어 전체 기기의 열부하를 두 개의 고정자로 분산할 수 있으며, 엔드 캡에 평판형 냉각기를 적용할 수 있어 전체 기기의 방열 성능 향상에 유리합니다.

▶핵심 생산 설비는 전적으로 독자적으로 개발되었으며, 관련 지식재산권을 보유하고 있어 기존의 고정자 철심 제조 공정에서 발생하던 낮은 생산 효율과 대량 생산 요구를 효과적으로 해결합니다.

12#

선전 북극유럽

북극갈매기의 파워트레인 제품군은 주로 대형 화물 운송 드론을 타깃으로 하며, 동시에 유인용 동력 시스템에 대한 제품과 맞춤형 서비스를 제공합니다. 북극갈매기사는 주로 비정질 디스크형 고속 전동기를 연구·개발하고 생산하는 데 주력하고 있습니다. 비정질 디스크형 전동기는 고속 운전에서도 우수한 전자기 특성과 낮은 손실, 높은 효율, 높은 에너지 절감 등 다수의 탁월한 성능을 발휘합니다. 이 회사의 비정질 전동기는 샤오펑 X2 비행 자동차에도 적용되어 있으며, 해당 비행 자동차는 비정질 합금의 새로운 활용 영역을 열어주고 있습니다.

선전 북극오 비정형 동력은 중옌 비정형과 협력하여 비정형 드론용 디스크형 모터를 공동으로 개발하고 양산했다.

기사 출처: 구신샤오잔, RIO 전동 드라이브