2026. 8. 1. 15:27ㆍ자동차
안녕하세요.
오늘은 전기차의 '심장'이라 불리는 배터리 못지않게 중요한, 실제로 바퀴를 굴리는 구동모터 기술이 어떻게 변해왔는지 그 흐름을 포스팅하겠습니다.
전기차 이야기를 할 때 배터리 용량이나 충전 속도는 자주 화제에 오르지만, 정작 차를 실제로 움직이는 모터 자체는 상대적으로 덜 주목받는 편입니다. 하지만 모터 방식이 바뀔 때마다 전기차의 효율과 주행거리, 심지어 가격까지 크게 달라졌습니다.
저는 평소 전동화 장비(전기차, 전기굴착기, 전기휠로더 등)의 충전시스템을 개발하는 일을 하고 있는데요, 충전 인프라를 설계하다 보면 결국 그 전기를 받아서 실제 힘으로 바꾸는 모터 쪽 기술도 함께 이해할 필요가 있더라고요.
"내 전기차 안에 있는 모터, 정확히 어떤 방식으로 만들어졌는지 알고 계셨나요?"
오늘은 이 질문에 답을 찾아가는 시간을 가져보겠습니다. 초창기 DC 모터부터 지금의 영구자석동기모터(PMSM), 그리고 최근 화제가 된 SiC 인버터까지 시대순으로 정리해보겠습니다.
탄생과 초기 역사
전기차의 역사는 사실 내연기관차보다 오래됐다고 알려져 있습니다. 19세기 후반 등장한 초기 전기차들은 대부분 DC(직류) 모터를 동력원으로 사용했습니다.
DC 모터는 구조가 비교적 단순하고 속도 제어가 쉬웠기 때문에 초창기 전기차에 적합한 선택이었습니다. 배터리에서 나오는 직류 전기를 별도의 변환 장치 없이 그대로 사용할 수 있었다는 점도 장점이었습니다.
다만 DC 모터에는 '브러시'와 '정류자'라는 부품이 반드시 필요했습니다. 이 부품들은 회전자와 고정자 사이에서 전류 방향을 계속 바꿔주는 역할을 하는데, 물리적으로 맞닿아 마찰이 발생하는 구조라 시간이 지나면 마모될 수밖에 없었습니다.
이 때문에 DC 모터는 주기적인 유지보수가 필요했고, 효율도 상대적으로 낮은 편이었습니다. 무게 대비 출력도 부족해서, 20세기 중반 이후 내연기관차가 대중화되면서 전기차 자체가 한동안 시장에서 밀려나는 계기 중 하나가 되기도 했습니다.
주요 기록과 사례
1990년대 이후 전기차 업계는 DC 모터의 한계를 극복하기 위해 '유도모터(Induction Motor)' 방식으로 눈을 돌리기 시작했습니다. 유도모터의 기본 원리는 19세기 말 니콜라 테슬라와 갈릴레오 페라리스가 각각 독자적으로 발견한 것으로 알려져 있습니다.
유도모터는 브러시나 정류자가 필요 없는 '브러시리스' 구조라 마모 걱정이 적고, 내구성이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 대표적으로 GM의 초기 양산 전기차 EV1과 테슬라의 초기 모델S·모델X가 유도모터를 채택한 것으로 알려져 있습니다.
그런데 2010년대 들어서는 흐름이 다시 한번 바뀌었습니다. 영구자석동기모터(PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor)가 새로운 주류로 떠오른 것입니다. PMSM은 회전자에 영구자석을 내장해, 유도모터보다 더 높은 효율과 더 작고 가벼운 크기를 동시에 구현할 수 있었습니다.
닛산 리프가 PMSM을 앞세워 대중형 전기차 시장을 열었고, 테슬라 역시 모델3와 모델Y부터는 초기 모델S·X의 유도모터 대신 PMSM 방식으로 전환한 것으로 알려져 있습니다. 좁은 실내 공간을 확보하면서도 높은 효율을 내야 하는 대중형 전기차에는 PMSM이 더 유리했기 때문입니다.
알아두면 좋은 정보
모터 자체의 발전과 함께 최근 주목받는 것이 바로 '인버터'입니다. 인버터는 배터리의 직류 전기를 모터가 쓸 수 있는 교류로 바꿔주는 장치인데, 여기에 사용되는 반도체 소재가 최근 실리콘에서 실리콘카바이드(SiC)로 옮겨가는 추세입니다.
테슬라는 2017년 모델3에 실리콘카바이드 인버터를 세계 최초로 전면 도입한 완성차 업체로 알려져 있습니다. STMicroelectronics와 협력해 개발한 이 인버터는 기존 실리콘 소자 대비 전력 손실을 줄여, 주행거리를 최대 10%가량 늘릴 수 있다고 알려져 있습니다.
이 사건 이후 SiC 반도체 시장은 크게 성장했습니다. 2017년 1억 달러에도 못 미쳤던 시장 규모가 2021년에는 10억 달러 수준으로 커졌고, 2027년에는 60억 달러에 이를 것으로 전망되고 있습니다.
저는 전동화 장비의 충전시스템을 개발하는 입장에서, 모터·인버터 기술의 발전이 결국 충전 인프라 설계에도 영향을 준다고 느낍니다. 모터와 인버터의 효율이 높아질수록 같은 배터리로 더 먼 거리를 갈 수 있고, 이는 곧 충전소를 얼마나 자주, 얼마나 빨리 이용해야 하는지에도 영향을 미치기 때문입니다.