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MOTOR TREND_Car&Tech

새로운 링 휠

서스펜션 부담을 획기적으로 줄인, 모터 달린 휠을 만들다

2018.07.03

분해조립도 모터와 피니언(왼쪽)은 링 기어(오른쪽)와 연결된다. 가장 오른쪽에 보이는 고정식 덮개는 냉각용 공기를 브레이크 디스크로 보낸다. 

 

전기모터는 둥글다. 바퀴도 둥글다. 이 둘을 합치겠다는 생각은 아주 자연스러운 충동이다. 이를 가장 먼저 구현한 사람은 페르디난트 포르셰 박사다. 그는 1897년에 휠 허브 모터를 발명했다. 앞바퀴굴림 배터리 전기차인 ‘로너 포르쉐’에 휠 허브 모터 2개를 장착했고 3년 뒤에는 4개가 달린, 휘발유와 전기로 달리는 하이브리드카 ‘믹스테’를 만들었다. 하지만 작은 문제가 하나 있었다. 고작 14마력을 내는 모터 한 개의 무게가 약 145킬로그램이었다(믹스테의 무게는 무려 4톤).


지금은 상황이 다르다. 최신 소재와 기술로 극적인 개선을 이루었다. ‘프로테안 일렉트릭’은 7년 전부터 무게가 31킬로그램에 불과한 100마력짜리 휠 허브 모터를 판매하고 있다. 그렇다면 양산형 전기차에 휠 허브 모터를 얹은 이유는 무엇일까? 서스펜션 부담을 최소화하기 때문인데 이는 최적의 승차감을 만든다.


실리콘밸리의 개발자이자 다수의 스타트업을 설립한 마커스 헤이즈와 공동 개발자인 스콧 스트리트는 기존의 알루미늄 휠보다 가벼운, 휠과 모터를 합친 시스템을 개발할 수 있을지 궁금했다. 그 동네 사람들이 그렇듯 헤이즈와 스트리트, 오비스 휠스의 연구진은 되도록 많은 이론을 찾아보며 검토했다. 차체에 얹은 전기모터와 달리 휠 허브 모터는 감속기가 없다. 그래서 허브와 접촉면을 잇는 30센티미터짜리 레버 암을 통해 구동하려면 높은 토크가 필요하다. 허브에서 림으로 가속, 제동, 선회 등의 힘을 전달하기 위해선 휠 구조도 튼튼해야 한다.


헤이즈는 혁신적인 해결책을 제시했다. 허브를 완전히 포기하고 림 자체를 구동하는 방식을 생각해낸 것이다. 이 방식을 따르면 크기, 비용, 회전 관성의 문제가 사라진다. 림에 장착된 링 기어를 구동하기 위해(작은 피니언 샤프트를 통해) 모터를 얹으면 휠 회전에 필요한 토크가 줄어들고 전기모터의 최고속도 역시 증가한다. 또 무엇이 있을까? 높은 rpm으로 회전하는 모터는 구리 선을 적게 사용하기 때문에 무게는 20분의 1로 줄이면서 드론 헬리콥터 모터처럼 높은 토크를 낼 수 있다. 비용과 무게 절감을 한 번에!


그렇다면 허브가 없는 휠을 어떻게 차와 연결할까? 기존의 서스펜션 링크는 모터, 브레이크 캘리퍼, 그리고 삼각형 휠 베어링 시스템을 지탱하는 캐리어에 연결된다. 자동차의 무게는 림의 5시와 7시 방향에 놓인 두 쌍의 롤러가 감당한다. 12시 방향에 놓인 나머지 한 쌍의 롤러는 휠의 기울어짐을 방지한다. 안쪽과 바깥쪽 롤러는 코너를 돌 때 횡중력이 전달되도록 기울어진 상태로 림의 표면 위에서 움직인다. 알루미늄 림에는 테플론이 코팅되고 롤러도 델린 소재이기에 윤활유가 필요 없다. 헤이즈에 따르면 시빅 타입 R용으로 제작된 9.5×20인치 뒷바퀴 시제품은 혼다의 원래 휠보다 마찰은 20퍼센트, 회전 관성은 13퍼센트 줄었다. 이물질 차단을 위해 덮개가 씌워질 예정이며 자동차용 공랭식 DC 모터는 보통 우발적이고 일시적인 침수를 견딜 수 있다. 베어링에 대한 우려 때문에 일단 오비스가 시빅 휠에 모터를 올리면 내구성 테스트 결과를 살펴봐야겠다.


링 휠의 또 다른 장점은 타이어 접촉면 바깥쪽 가깝게 자리 잡은, 직경이 큰 브레이크 로터를 제동하기 위한 힘을 크게 줄일 수 있다는 것이다. 당연히 열도 줄어들고 브레이크 부품을 더 작고 가볍게 만들 수 있다. 오비스는 이런 장점과 마찰 감소 덕분에 아직 실용화되지 않은 오비스 휠이 포뮬러 1과 E의 이상적인 존재가 될 거라고 생각한다.


오비스는 스케이트보드 모터로 구동되는 소형 링 휠을 중국 둥펑 전기 스쿠터에 설치했다. 링 휠 모터 1개당 무게는 9.3킬로그램인 반면 기존의 휠 모터 무게는 19킬로그램이다. 성능과 에너지 소비량은 거의 같지만 오비스의 기어 드라이브가 조금 더 시끄럽다. 주행 범위와 성능은 비슷하지만 배터리 크기가 작아져 원래보다 45킬로그램 더 가볍다. 


헤이즈의 예상에 따르면 링 휠을 사용하는 파워트레인은 기존의 전기차 파워트레인보다 25퍼센트의 비용을 절감할 수 있다. 오비스는 이 기술을 특허출원 중이며 시제품 설계와 개발을 지원할 계획이다. 그리고 민간 및 군사용 프로젝트도 진행 중이다. 운이 좋다면 140마력과 32kg·m의 키트를 시빅 타입 R 뒷바퀴에 달아 전기 드리프트를 할 수도 있다. 

 

 

 

 

모터트렌드, 자동차, 자동차 칼럼, 링 휠

CREDIT

EDITOR / Frank Markus / PHOTO / MOTORTREND / MOTOR TREND

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