인휠모터 (In-Wheel Motor, IWM) — 개별 휠 부분에 독립적으로 위치하는 전기 드라이브 모터. 휠 허브에 전기모터를 직접 설치하면 변속기 없이 각 휠이 직접 구동될 수 있다. 기존 e-axle(통합 구동 모듈, 전기모터+인버터+변속기)의 대안으로 주목받고 있다.
e-axle 대비 IWM의 배경
BEV의 가장 일반적인 구동 시스템은 e-axle(통합 구동 모듈). 기존 액슬과 달리 전기모터·인버터·변속기가 통합돼 있다.
Infineon 지오바니 패리노에 따르면:
- 기존 e-axle은 저속에서 손실로 인해 효율이 떨어진다.
- 메인 e-axle: 차량 움직임·전체 효율·회생제동 기여. 일반적으로 SiC MOSFET 기반 트랙션 인버터 (IGBT 대비 부분 부하에서 약 5% 긴 주행 거리).
- 보조 e-axle: 최대 토크·목표 속도 달성용, 실제 동작 시간 10% 이하 가능. 좁은 작동 범위에서 IGBT 기반(저렴·고출력 우수). 높은 출력 클래스 차량에만 사용. 기계식 차동 커플링 필요.
IWM 구성 3가지
| 구성 | 모터 위치 | 인버터 위치 | 연결 |
|---|---|---|---|
| 인보드 (Inboard) | 섀시 중앙 | 섀시 중앙 | 카르단 샤프트로 휠 연결 |
| 휠에 가까운 (Close to wheel) | 섀시 | 섀시 | 카르단 샤프트로 휠 연결 |
| 인휠 (In-wheel) | 허브 내장 | 섀시 or 휠 허브 통합 | 직접 구동 (가장 컴팩트) |
장점
- 고급 토크 벡터링 각 휠별로 구현 → 회전 반경을 거의 0으로 줄일 수 있음, 핸들링·그립감 개선
- 가용 공간 증가, 앞뒤 차축 사이 더 나은 무게 분포 → 안정성·핸들링 향상
- 변속기 제거 → 기계식 유지보수·손실 감소
한계·설계 이슈
- 상당한 하중이 스프링이 없는 영역(unsprung mass)으로 이동 → 충격·진동이 드라이브 시스템에 직접 전달, 핸들링·신뢰성 영향 → 서스펜션 재설계 필요
- 스프링 영역 질량 감소 방법: 회생제동으로 제동력 보장하여 차축 기계식 브레이크 축소/제거
- 휠 허브 부피 제한으로 기계식 브레이크·냉각 장치는 적어도 하나의 차축에 유지 (비상 상황 대비)
전력·냉각 설계
| 애플리케이션 | 권장 구성 |
|---|---|
| 마이크로 모빌리티 (휠당 ~20 kW) | 48V 솔루션 + 저전압 MOSFET, 공랭식 (정지 시 공기 흐름 부족 어려움) |
| 승용차/상용차 (휠당 100 kW 이상) | 400V(표준)·800V(대형 상용차) 배터리, 액체 냉각 필수. 냉각 회로를 허브에 통합 → 기계 설계 추가 요구 |
인버터·모터 선택
- 3상 브러시리스 방사형 자속 모터 (축 방향 자속 모터 대비 기계적 견고성 우수)
- 표준 2레벨 인버터
- 스위칭 전압 등급 650~750V → SiC MOSFET 선호 (효율·낮은 열 저항·낮은 인덕턴스 패키지)
- 추천 패키지 (Infineon): CoolSiC™ G2 기반 HybridPACK™ DSC 양면 냉각
적용 사례
현재 IWM이 적용되는 차량 (기사 시점 2024-12):
- 버스·밴·피플 무버 등 설계 유연성·높은 기동성 요구 사례
- 고성능 스포츠카 — 후방 e-axle + 전방 IWM × 2 컨셉
- AWD 구성 — 4개 IWM
안전 고려
- FTTI (Fault Tolerance Time Interval) — 단일 인버터 무작위 결함 시 안전 상태 전환 시간 (예: 100ms). 결함 조건·시스템 통합업체 전략에 따라 프리휠링(모터 권선 열림) 또는 액티브 숏서킷 상태로 전환.
- 4개 IWM 스케이트보드의 내재된 이중화: 한 드라이브 고장 시 같은 축 시스템이 FTTI 안전 SW에 의해 동일 안전 상태 유지. 다른 IWM이 계속 작동하면 감소된 출력으로 제한 주행 가능.
- Infineon 칩셋으로 ASIL 준수 인버터 설계 가능.