전기모터가 내연기관보다 힘이 더강한 이유가 무엇인가요?
최근에는 전기모터가 빠르게 발전했다고 하던데요 이에 전기모터가 내연기관형태의 발전원보더 훨씬 강한 힘을 보인다고 하던데 그 이유가 무엇인가요?
전기모터가 내연기관보다 강한 이유는 전력 공급이 직접적이며, 운전 시스템이 간단하고 효율적이며, 에너지 변환 효율이 높기 때문입니다. 전기모터는 연료 소모나 폭발 없이 전기 에너지를 직접 운동 에너지로 변환하므로 내부 손실이 적어 더 강한 힘을 발생시킬 수 있습니다.
최초 동력을 내는 시점에서는 전기모터가 신호가 들어오는 즉시 힘을 가동하기 때문에 더 강하게 느껴질 수 있습니다. 하지만 최대 속력 부분에서는 전기모터 보다는 내연기관이 더 우수한 경우가 많습니다.
회전기계에서 동력(Power)은 토크(Torque)와 회전속도(RPM)의 곱으로 표현됩니다.
엔진 계기판에 보시면 RPM이 표기되어 있고 토크는 차를 움직이는 힘이라고 이해하시면 될 것 같습니다.
우선 아래 용어 정의를 참고하세요.
마력(1마력은 75kg을 1초동안 1m 욺직이는 힘
마력 = 동력(Power)
동력 = 토크 x RPM
전기모터가 강한 힘을 보인다는 것은 사용자 측면에서 직관적으로 느낄 수 있는 출발 토크 또는 가속 응답성을 생각했을 때 얘기인 것 같습니다.
내연기관은 출발 시 토크컨버터를 사용하는데 유체를 전달(선풍기로 맞은편 선풍기를 돌리는 원리) 기계 특성 상 응답성이 느리고 에너지 손실이 많습니다.
구글에 자동차 토크-마력 곡선을 찾아보시면 RPM이 한참 올라간 영역에서 최대마력을 나타냄을 볼 수 있습니다. 따라서 내연기관은 출발 및 가속 영역에서 즉각적으로 최대의 힘을 끌어낼 수 없습니다.
반면 전기차(모터)는 플레밍의 왼손법칙에 의한 전자기력으로 인해 회전하는데 전기차에 들어가는 동기전동기의 경우 토크는 전압에 비례합니다. 따라서 수백볼트의 고전압을 즉각적으로 모터에 줄 수 있고 디지털 식 PWM제어를 통해 기계식 토크커버터 대비 고효율로 회전속도를 제어할 수 있기 때문에 즉각적인 토크를 만들어 낼 수 있습니다.
하지만, 힘은 결국 토크 x RPM 이므로 정량적인 비교를 위해서는 마력을 보셔야 합니다. 300마력인 전기차와 200마력인 내연기관 차라면 당연히 전기차가 힘이 쎄고, 반대라면 내연기관이 쎕니다.
비슷한 예로 디젤자동차와 가솔린자동차의 경우 누가 더 힘이 쎄다고 말할 수 있을까요?
디젤자동차는 "토크 x RPM" 중 에서 토크가 높아 출발하는 힘이나 끄는 힘이 좋아 화물용으로 많이 쓰이고, 가솔린 차는 "토크 x RPM" 중 에서 RPM이 높아 빠른 속도를 낼 수 있습니다.
디젤차가 끄는 힘(지구력)이 좋은 말이라면 가솔린차는 빨리 달리는 말이라고 표현할 수 있고 말이 끄는 힘, 즉 마력은 결국 숫자(제조사가 제공하는 성능시험 결과)로 비교할 수 있습니다.
안녕하세요
전기모터가 내연기관보다 힘이 강한 이유는 아마도 운전자가 느끼는 즉각적인 토크의 힘을 느낄수 있어 그런데요
전기모터는 rpm토크가 광범위 하며 내연엔진과 달리 즉각적인 가속을 할수 있어 최대속도까지 단시간에 도달이 가능합니다. 전기모터의 파워를 느낄수 있습니다. 하지만 엔진은 저속에서 고속으로 올라갈수록 더큰 힘을 발휘하다보니 시간은 걸릴수 있으나 엔진의 크기에 따라 최고속도는 내연기간이 더 높은경우가 많습니다.
즉각적인 토크, 폭발적인 가속력
토크란?: 엔진이 바퀴를 돌리는 데 필요한 힘을 말합니다.
전기 모터의 비밀: 전기 모터는 시작 순간부터 최대 토크를 발휘합니다. 마치 순간폭발처럼 강력한 힘으로 엄청난 가속력을 자랑하며, 순식간에 빠른 속도에 도달할 수 있습니다. 반면 내연기관은 엔진 회전수가 올라갈수록 점차 토크가 증가하기 때문에 가속력이 떨어집니다.
실제 예시: 전기차가 신호등에서 빨간불에서 출발할 때 급격하게 속도를 올리는 모습을 보셨나요? 이것이 바로 전기 모터의 강력한 토크 덕분입니다.
힘이 강하다고 보기에는 좀 아니고요 내연기관은 피스톤아 움작아는 시간이 좀 걸리기때문애 크토쿠애 느란겁니다 전가차눈 액셀을 밝는 순간 최댜출력이 한꺼번에 전달돠가 때문압나다
안녕하세요 기계공학 전문인 박성수 전문가입니다.
전기 모터의 경우 모터 효율이 80~90%로 에너지 손실을 최소화하면서 전기 에너지를 직접 기계에너지로 변환하는데 반해 내연기관의 경우 가솔린 엔진은 25~30% 디젤은 최대40% 효율을 가집니다. 그리고 전기 모터의 경우 RPM이 0에서도 즉각적인 토크를 보여 즉시 최대 토크를 전달할 수 있지만 내연기관은 특정 RPM에 도달해가며 기어를 변경할 수 있어 전기 모터보다 비교적 느립니다