전기자전거의 힘은 어디서 오는가?

바이크조선

입력 : 2017.01.10 16:39 | 수정 : 2017.01.10 16:41

전기자전거의 구동방식과 모터의 종류

전기자전거는 모터가 어떤 방식으로 어느 바퀴를 굴리느냐에 따라서 주행성능과 효율은 천차만별이다. 자동차도 바퀴 회전 방식에 따라서 조금씩 다른 주행특성을 보이는데, 전기자전거도 구동방식에 따라 큰 차이를 보인다. 이번호에서는 전기자전거의 모터 종류와 그에 따른 장·단점 및 차이점에 대해 살펴본다

1. 후륜구동 허브모터


	바팡의 토크센서 방식의 후륜 허브모터
바팡의 토크센서 방식의 후륜 허브모터

오토바이처럼 강력한 모터를 사용할 수 있고, 주행 안정성이 좋아서 한동안 파워풀한 전기자전거의 대명사였다. 모터의 토크와 스피드는 생산단계에서 권선 수(코일이 감긴 뭉치의 수)에 따라 결정되어 대용량 모터일수록 권선 수가 늘어나게 된다.하지만 그럴 경우 무게도 늘어나서 행여 방전이라도 되면 굉장한 부하로 작용한다. 바퀴의 무게가 1㎏ 늘어나면 프레임 무게가 1㎏ 증가한 것보다 몇 배의 부하가 걸리기 때문이다. 쉽게 예를 들자면 달리기 할 때, 워커를 신고 달리느냐 마라톤화를 신고 달리느냐의 차이를 생각하면 된다.


	후륜구동 허브모터 구조 그림
후륜구동 허브모터 구조 그림

장점

· 조향(주행) 안정성이 좋다.

· 후륜구동이어서 업힐에서 안정적인 가속에 유리하다.

· 구조적으로 파워풀한 대용량 모터를 사용할 수 있다.

· 체인 파손이나 디레일러 등 구동계통에 문제가 생겨도 모터의 파워만으로 주행이 가능하다.


	후륜구동 허브모터는 출력이 높은 모터가 장착된 고성능 전기자전거에 적합하다
후륜구동 허브모터는 출력이 높은 모터가 장착된 고성능 전기자전거에 적합하다

단점

· 뒷바퀴에 모터가 장착되어 무거운 편이라 일반자전거 대비 구름성이 떨어진다. 특히 고성능 모터일수록 그 정도가 크다.

· 무게중심이 후방에 많이 쏠리기 때문에 리어휠의 스포크 파손(혹은 풀림/밸런스 붕괴)과 타이어 마모가 심하다.

· 튜브 및 타이어 교환이 까다롭다(바퀴 탈부착 시 스패너를 휴대해야 함).

· 뒷바퀴 관련 정비를 일반자전거 샵에서 거부할 확률이 높다(휠 밸런스 점검, 스프라켓 교환, 펑크, 타이어 교환 등).

· 라이더가 직접 손에 기름을 묻혀야 하는 일이 자주 생긴다.


	네오드라이브(Neodrive)의 고성능 기어리스 후륜 허브모터로 다이렉트 모터라고도 불린다. 고출력용 모터에 주로 사용되는 방식이다
네오드라이브(Neodrive)의 고성능 기어리스 후륜 허브모터로 다이렉트 모터라고도 불린다. 고출력용 모터에 주로 사용되는 방식이다

2. 전륜구동 허브모터


	전륜구동 허브모터 구조 그림
전륜구동 허브모터 구조 그림

전기자전거를 만드는 가장 저렴하고 가벼우며 간단한 방식으로,전기자전거인 것이 티가 나지 않게 만들 수도 있다. 일반 자전거를 전기자전거로 개조할 때, 후륜이나 중앙구동 등 다른 방식으로 모터 장착이 어려운 자전거도 전륜모터라면 장착 가능성이 높다.


	전륜구동 허브모터는 가장 간단하게 전기자전거로 만들 수 있다
전륜구동 허브모터는 가장 간단하게 전기자전거로 만들 수 있다

장점

· 작고, 가볍고,간단하게 전동화가 가능하다. 미니벨로나 가벼운 자전거에 유리하다.

· 페달링과 병행 시, (반)양륜구동(전륜:전기, 후륜:페달링)이 되어 미끄러운 길에서 유리하다.

· 부드럽고 약하게 페달링을 보조해주는 어시스트용으로 사용하면 효율이 좋다.

· 모터를 장착한 전기자전거 티가 적게 나서 외관상 아름다운 디자인이 많다. 작은 모터는 전륜 다이나모의 크기와 별 차이가 없는 것도 있다.


	전륜 허브모터 전기자전거는 포크를 보강해서 생산한다
전륜 허브모터 전기자전거는 포크를 보강해서 생산한다

단점

· 후륜구동과 마찬가지로 일반 휠 대비 내구성과 구름성이 떨어지지만, 후륜구동보다 그 정도는 덜하다.

· 출력 높은 모터를 사용하면 포크 손상이나 타이어 슬립을 유발할 수 있어 출력이 높은 모터를 장착하기 어렵다.

· 동력이 뒤에서 미는 것이 아니라 앞에서 당기는 방식이라 일반 자전거보다는 조향감과 동력전달에 이질감이 있다.


	전륜모터가 장착된 미니벨로
전륜모터가 장착된 미니벨로

3. 양륜구동 허브모터(앞 · 뒤 바퀴 모두 모터 적용)

허브모터의 경우 같은 제원의 모터를 사용하면 양륜구동으로도 운행이 가능하다. 하지만 특수 목적(산악용/화물용/탠덤/과체중용)이 아닌 경우 득보다 실이 많다. 실제로는 많이 쓰이지 않는다.

장점

· 독립 2계통이라 등판력과 토크가 좋다.

· 한 계통이 고장나도 다른 한 계통으로 지속적인 동력 주행이 가능하다.

· 동력이 3군데(앞뒤 모터와 페달링)에서 공급되기에 긴 오르막 주행 등에서 오는 지속적인 과부하를 효율적으로 분산해 모터와 컨트롤러의 발열을 줄일 수 있다.

· 몸무게가 많이 나가는 라이더도 적은 부하로 즐길 수 있다.


	앞뒤 별도의 허브모터가 장착된 양륜구동방식은 화물이나 2인승 탠덤 등에 유리하다
앞뒤 별도의 허브모터가 장착된 양륜구동방식은 화물이나 2인승 탠덤 등에 유리하다

단점

· 전체 무게가 최소 3~5㎏ 더 늘어난다.

· 개조를 할 경우, 전동화 비용이 늘어난다.

· 전선이 온 자전거를 휘감게 되어, 정비난이도가 급상승하게 된다.

· 평지주행 등 일반적인 라이딩 시에 전력효율이 떨어진다. 하지만 긴 오르막을 오를 때는 효율이 오히려 좋아진다. 4륜구동 자동차의 예를 들면 쉽다. 4륜구동 차량이 오르막에서는 연비효율이 좋고, 평지에서는 일반차에 비해 떨어진다.

4. 크랭크구동 모터(중앙구동/미드드라이브/센터드라이브)

모터동력과 자전거 페달링 동력을 따로 전달하는 허브모터(전륜, 후륜구동)와 달리 중앙구동방식은 모터가 크랭크를 직접 구동하는 방식이라 모터의 힘과 인간의 페달링 파워를 조합해 가공된 에너지를 체인을 통해 뒷바퀴에 전달한다.


	독일 토로라이드 250W 중앙구동방식 모터
독일 토로라이드 250W 중앙구동방식 모터

기존의 자전거 구동계를 사용하기에 라이더가 상황에 따라서 손쉽게 변속할 수 있다. 때문에 동력손실이 적어 전력효율이 좋고, 변속범위가 넓은 경우 출력이 낮은 모터의 성능을 극대화 시킬 수 있다.


	MATRA 로드바이크에 장착된 중앙구동방식의 모터
MATRA 로드바이크에 장착된 중앙구동방식의 모터

장점

· 기존의 자전거 휠을 그대로 사용할 수 있어 고가의 휠이라면?좋은 구름성을 그대로 유지하는 고성능 전기자전거가 된다.

· 정비 편의성(크랭크 구동부 외에는 일반자전거와 같다). 펑크수리와 휠 장착 등이 용이하다.

· 동일 출력을 라이더가 변속기를 통해 ‘고속회전 저토크’와 ‘저속회전 고토크’로 변환할 수 있어 상황에 따라 에너지를 좀 더 효율적으로 사용할 수 있다.

· 기어비를 넓혀주면 더 폭넓은 동력 성능을 발휘할 수 있다.


	프랑스 솔렉시티(Solexity) 의 중앙구동방식 모터. 자체제작으로 추정된다
프랑스 솔렉시티(Solexity) 의 중앙구동방식 모터. 자체제작으로 추정된다

단점

· 변속을 원활히 해야만 중앙구동식의 장점을 살릴 수 있다.변속 없이 라이딩 하려면 허브모터가 더 편하다.

· 허브모터 대비 동급출력의가격이 높다.

· 모터의 동력이자전거의 구동계를 통해 전달되기에 일반자전거와 마찬가지로 구동부 점검과 정비를 잘 해야 한다.


	펜딕스(PENDIX)의, 기존 크랭크를 제거하고 장착되는 중앙구동방식 키트. 이 키트의 사진으로 권선 수에 대한 자세한 이해가 가능하다. 권선 수가 많으면 힘이 좋은 모터가 되고 권선 수가 적으면 회전속도가 빠른 모터가 된다
펜딕스(PENDIX)의, 기존 크랭크를 제거하고 장착되는 중앙구동방식 키트. 이 키트의 사진으로 권선 수에 대한 자세한 이해가 가능하다. 권선 수가 많으면 힘이 좋은 모터가 되고 권선 수가 적으면 회전속도가 빠른 모터가 된다

크랭크(중앙) 구동방식에 대한 오해와 진실

중앙구동식 모터가?허브모터에 비해 체감적인 전비 향상이 별로 없다는 경우가 있다. 늘 이야기하지만 에너지 불변의 법칙은 거짓말을 하지 않는다. 위와 같은 경우, 무언가 다른 변수가 있었다는 것이다.

오르막 내리막이 반복되는 코스에서 수동 자동차를 기어 3단에서 변속하지 않고 타는 것과,기어비를 1~5단까지 능숙하게 변속해서 타는 것은 당연히 연비 차이가 날 수 밖에 없다. 수동 자동차는 운전습관과 기어변속 능력에 따라 연비가 두 배 이상 더 날 수도 있다. 그러므로 변수는 변속을 잘못했다는 것이다. 행여 과적과 같은 다른 원인이 있을 수도 있지만 대부분의 경우는 변속의 문제다.


	독일 웨슬러(OECHSLER)는 배터리 일체형 중앙구동식 모터를 선보였다. 놀라워라!
독일 웨슬러(OECHSLER)는 배터리 일체형 중앙구동식 모터를 선보였다. 놀라워라!

최근에 대세로 떠오른 중앙구동 방식은 허브모터보다 늦게 활성화 되었지만 일본 파나소닉을 시작으로 유럽과 중국에서 여러 종류가 생산되고 있어,전세계 전기자전거 시장에 새로운 트렌드로 떠올라 오랜 기간 전기자전거 동력을 담당해온 허브모터의 비중을 점점 축소시키고 있다.

전세계 전기자전거 트렌드를 살펴보면, 해마다 비중이 높아지고 있는 것은 앞서 말한 것과 같이 중앙구동방식이다. 높은 효율로 많은 전기자전거 제작사들이 선택하고 있어, 다양한 스타일의 중앙구동방식 제품들이 선보이고 있다.

자전거 모터시장의 변화

2016 유럽 전기자전거 시장은 감당하기 힘든 쓰나미 수준의 변화가 이루어지면서 점차적으로 일반자전거 시장을 잠식하고 있다. 더 이상 성장을 기대하기 어려운 일반자전거 수요와 달리 전기자전거는 그 편리함과 유용성을 갖춘 친환경 이동수단으로 수요가 지속적으로 늘어나고 있기 때문에 기존 브랜드들은 생존을 위해 일반자전거보다는 전기자전거를 만들어야 한다.

현재 유럽 전기자전거 시장은 중앙구동방식의 보쉬의 모터가 선두를 달리고 있지만, 이제는 전세계 다양한 브랜드에서 모터와 배터리를 출시해 각축전이 벌어지기 시작했다.

독일 브랜드가 독일산 모터를 사용하지 않고 일본이나 중국 회사 모터를 장착하는 경우나, 한 브랜드에서 여러 가지 다양한 브랜드의 모터를 선택하는 경우도 많다. 또 아이러니하게도 전기자전거의 원조라고 할 수 있는 파나소닉은 시대를 지나치게 앞서간 탓인지,오히려 늦게 시작한 시마노 모터에 밀려 제 기량을 펴지 못하고 있고, 시마노는 기존의 자전거 인프라를 바탕으로 세계시장 점유율을 높여가고 있다.


	센터드라이브, 미드드라이브, 중앙구동식 등 크랭크가 모터에 의해서 회전하는 방식은 파나소닉이 가장 먼저 선보였다. 파나소닉은 1975년에 전기자전거를 선보였을 정도로 전기자전거의 선구자인데, 시대를 너무 앞서간 탓에 시장은 따라오지 못하고, 후발주자들에게 추월당하고 말았다. 일본 국내법에 묶여서 지나치게 얌전하게 설계된 퍼포먼스가 오히려 해외 판매의 걸림돌이 되었다.
센터드라이브, 미드드라이브, 중앙구동식 등 크랭크가 모터에 의해서 회전하는 방식은 파나소닉이 가장 먼저 선보였다. 파나소닉은 1975년에 전기자전거를 선보였을 정도로 전기자전거의 선구자인데, 시대를 너무 앞서간 탓에 시장은 따라오지 못하고, 후발주자들에게 추월당하고 말았다. 일본 국내법에 묶여서 지나치게 얌전하게 설계된 퍼포먼스가 오히려 해외 판매의 걸림돌이 되었다.

2016년을 기준으로 전세계 전기자전거 시장규모 대비 미미한 수준인 0.1%의 대한민국 전기자전거 시장이기에 유럽의 메이저급 브랜드에서는 한국시장에 관심이 없다. 까다로운 국내 법규와 인증문제로 쉽게 발을 들여놓지 못하는 상황이고, 벨로스타에서 바팡 제품을 국내 인증을 받아 센터드라이브와 맥스드라이브 중앙구동방식을 정식판매(AS포함)하고 있다.

2017년에는 대한민국 전기자전거 시장에도 따스한 햇살이 비치기를 기대해 본다.

예민수 (벨로스타 대표, yesu65@naver.com)
제공 자전거생활
출처 바이크조선
발행 2017년 1월

본 콘텐츠의 저작권은 저자 또는 제공처에 있으며, 이를 무단 이용하는 경우 저작권법 등에 법적책임을 질 수 있습니다. 외부 저작권자가 제공한 콘텐츠는 바이크조선의 입장과 다를 수 있습니다.

  • Copyrights ⓒ 바이크조선. 무단전재 및 재배포 금지