[iR52 장영실상] 전기차 감속기 내구성·정밀도 동시에 향상

현대제철·현대차 '전기차 감속기 기어 소재'

왼쪽부터 남궁승·홍성민 책임연구원, 강민우 파트장, 이인범 연구원.

모빌리티 시장의 중심이 내연기관에서 전기차로 전환되면서 자동차 부품에도 다양한 변화가 일어나고 있다. 전기차는 저소음 모터에 의해 구동되기 때문에 상대적으로 다른 소음원들의 영향이 두드러진다. 또한 내연기관 엔진의 최대 회전수 6000~8000RPM에 비해 전기차 모터 회전수는 1만5000~2만1000RPM으로 회전수 증가로 인한 기어의 내구성까지 요구된다.

전기차 감속기는 내연기관차량에서의 변속기와 동일한 역할을 하고 있다. 동력을 전달하기 때문에 내구성과 동시에 회전 시 발생되는 소음과 진동을 최소화해야 하는 정숙성까지 요구된다.

현대제철과 현대자동차가 개발한 고성능 전기차 감속기 기어 소재가 2023년 제29주차 IR52장영실상을 받았다.

개발진에게 가장 어려웠던 부분은 내구성과 치수정밀도라는 서로 상반되는 특성을 동시에 구현하는 소재를 만들어야 한다는 점이었다. 내구성을 향상시키기 위해 일반적으로 크로뮴, 망간 등 합금성분을 첨가한다. 합금성분을 첨가할수록 열처리 후에 기어의 내구성과 강도는 향상되지만, 열처리변형도 커진다는 문제가 있다. 개발진은 상반된 요소를 동시에 만족시키기 위해 내구성 향상과 동시에 열처리변형 유발 합금원소인 크로뮴과 몰리브덴을 과감히 줄이고 니켈, 규소, 바나듐 등을 첨가한 새로운 소재를 개발했다.

고성능 전기차 감속기 기어 소재는 최적의 합금 설계를 통해 일반적인 기어 소재에서는 상호 상반되는 특성인 열처리변형 저감과 내구성을 동시에 구현한 것이 특징이다. 이를 통해 기존 기어용 소재 대비 열변형은 48% 저감했고, 내구성은 105% 향상했다.

고성능 전기차 감속기 기어 소재는 국내외 타 경쟁 소재 대비 열변형이 48% 저감되므로 이 소재를 활용해 제작된 기어는 우수한 치수정밀도를 구현할 수 있다. 내구성 또한 105% 향상돼 국내 전기차의 감속기 경쟁력 확보에 기여했다.

향후 전기차의 고성능화 및 부품의 경량화·소형화에도 충분히 대응 가능할 것으로 기대된다. 가격이 국내 경쟁 소재 대비 95%, 해외 경쟁 소재 대비 70% 수준으로 가격경쟁력도 있다.

고성능 전기차 감속기 기어 소재의 2022년 매출 실적은 16억3000만원이며, 고성능 신규 전기차 개발 확대에 따라 적용 물량은 점진적으로 증가할 것으로 예상된다. 현대차·기아 중장기 생산 계획을 기반으로 한 2026년 매출 예상액은 382억2000만원이다.

주최 : 과학기술정보통신부

주관 : 매일경제신문사 한국산업기술진흥협회

[강민호 기자]