## 2주차_신기술 조사 프로젝트
### <center>자작자동차 동아리 A-FA 모터 선정 근거</center>

<center>201920080 김병찬</center>

#### 1. 소개
2022년, 2023년 KSAE 대학생 자작자동차 대회에 출전하면서 사용했던 모터에 대하여 조사를 해보았습니다.
왜 이러한 모터를 선정하였고 이 모터에 관련하여 어떠한 기술들이 있는 지 알아보았습니다.

#### 2. 사용한 모터
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사용한 모델은 PMAC 모델 EMRAX208입니다. 주요 스펙으로는 최대 86kW의 전력을 가지며 150Nm의 토크와 약 95%의 효율을 사용할 수 있습니다. 또한 동아리 내에서 제작한 배터리 팩은 294V 29.6MJ 28Ah이므로 MV 버전을 사용했습니다.

#### 3. Permanent Magnet vs Induction

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고정자의 자계가 회전하는 교류 모터는 동기 모터와 비동기 모터로 분류할 수 있습니다. 동기 모터는 회전자 자계가 고정되어 있으며, 이 중 영구 자석을 사용하는 모터가 PMAC 모터입니다. PM모터는 회전자 내부 혹은 외부에 자석을 포함하며 고정자는 구리 와이어에 감겨져 있어, 에 의한 회전과 토크를 생성합니다.

반면 비동기 모터는 회전자 자계가 회전합니다. 회전자 계 내에 도체를 두어 전자기 유도에 의해 전류가 흘러 회전력이 발생합니다. 유도 전동기로 불리는 인덕션 모터는 이러한 원리를 사용합니다. 고정자에 교류 전압을 가하면 전자기 유도로 인해 회전자 권선에 유도 전류가 흘러 회전과 토크를 생성합니다.

##### 3-1. Efficiency
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</center> <center> 자동차 공학 강의노트 참조 </center>

PMAC 모터가 인덕션 모터에 비해 높은 효율을 가집니다. 영구자석 모터는 적용된 주파수와 동시에 작동하여 회전자와 고정자 사이의 지연이 없으므로 최대 97.5%의 효율을 가집니다. 이는 정밀한 속도 제어를 가능하게 합니다. 또한 더 높은 토크 밀도(무게 당 더 많은 토크)를 가지고 있습니다.
반면 인덕션 모터는 자기 유도에 의해 자력이 만들어지기 때문에 고속, 즉 고주파수에서 슬립이 발생하여 효율이 감소합니다. 또한 슬립에 의해 상대적으로 정밀한 속도 제어를 할 수 없습니다.

그러나 두 모터 모두 저속 고부하에서는 낮은 효율을 갖습니다.

##### 3-2. Cost

PM 모터의 자석이 더 비싸기 때문에 인덕션 모터가 더욱 경제적입니다. 인덕션 모터는 쉽게 사용할 수 있는 실리콘 강철 적층을 주로 사용합니다. 테슬라 사에서는 이러한 이점을 이용하여 인덕션 모터를 사용합니다.

#### 4. 모터 선정 사유
이처럼 사용 목적과 원하는 성능에 따라 어떠한 모터를 사용할 지 선택할 수 있습니다. 제가 참여했던 대회는 1인승 Formula 차량으로 경주하는 대회였기 때문에, 성능을 우선시하였습니다. 그 중에서도 PMAC 모터는 토크 밀도가 우수하여, 차량 패키징 시 더욱 컴팩트한 디자인으로 설계할 수 있고, 이를 통한 경량화를 이끌어낼 수 있습니다. 경량화를 통한 배터리 부하 감소, 가속도 증가 등의 이점을 얻을 수 있었기 때문에 PMAC 모터를 사용했습니다.

#### 5. 상용 전기차의 모터 종류 조사

<center><img src="https://hackmd.io/_uploads/r1-MvE3pp.png" alt="text" width = "600" height = "300">
</center> <center> 자동차 공학 강의노트 , https://www.evspecifications.com/ </center>

대부분의 회사에서 PMAC 모터를 택한 것을 알 수 있습니다. PMAC 모터를 사용하면 위에서 언급한 바와 같이 높은 성능과 효율을 얻을 수 있기 때문입니다. 그러나 테슬라의 경우엔 PMAC 모터를 사용하지 않고 있습니다. 이에 대하여 조사해보니 테슬라는 비희토류 모터를 사용한다고 합니다. PMAC 모터를 생산하는 데 필요한 물질 중 하나가 희토류이기 때문입니다. 희토류는 중국 공급망, 환경 오염 사업이므로 사용을 하지 않는다고 발표했습니다.

#### 6. 다음에 조사하고자 하는 주제

앞서 테슬라가 사용하기 시작한 비희토류 모터와 인휠 모터에 대해 조사하기로 했습니다.