eVTOL 기체를 위한 전기모터 설계 기술 트렌드

 1. eVTOL 추진 시스템에서 전기모터가 갖는 위치

도심항공교통(UAM)의 핵심 기체인 eVTOL(electric Vertical Take-Off and Landing)은 전기를 이용한 수직이착륙 기능을 기반으로 한다. 이 구조의 중심에는 고성능 전기모터가 있으며, 이는 수직 상승, 전진 비행, 제자리 호버링, 고속 선회 등 모든 기동의 추진력을 생성한다. 전기모터는 기체 무게의 상당 부분을 차지하지 않지만, 출력 안정성과 중량 대비 효율성이 직접적으로 비행시간, 고도 유지, 안전성에 영향을 미치기 때문에, 사실상 eVTOL의 심장에 해당하는 기술 요소로 평가된다. 

기존 항공기 엔진이 연료 기반의 터빈 또는 피스톤 구조였던 것과 달리, eVTOL의 전기모터는 다중 분산형(Distributed Electric Propulsion, DEP) 구성이 일반적이다. 이는 4개 이상 소형 프로펠러에 각각 독립된 전기모터를 장착해 다중성(redundancy)을 확보하고, 하나의 모터에 이상이 생겨도 전체 비행에 영향을 최소화할 수 있도록 설계된다.

이 같은 구조는 안정성과 기동성을 동시에 확보하는 데 효과적이지만, 대신 각 모터의 출력 제어 정밀도, 발열 관리, 무게 경량화가 중요한 과제로 부상한다. 최근에는 대형 eVTOL 기체에서 티타늄 코어 기반 고밀도 모터, 유기 절연체를 적용한 내열 코일, 내장형 인버터와 제어모듈 통합형 설계 등이 도입되고 있다. 이와 함께 모터 내부 냉각 방식도 공냉식에서 액체 냉각 방식(Liquid Cooling)으로 발전하고 있으며, 이는 비행 중 모터 온도 변화에 따른 출력 불안정성을 최소화하는 데 중요한 역할을 한다.

 

2. 최신 전기모터 기술의 핵심 트렌드

eVTOL 전기모터 기술의 주요 트렌드는 크게 세 가지로 요약된다:
① 경량화 소재 기술, ② 고출력·고효율 코어 설계, ③ 고신뢰성 내구성 확보다.

첫째, 경량화는 eVTOL 전체 기체 구조에서 연비와 항속거리를 좌우하는 가장 중요한 변수 중 하나다. 이를 위해 탄소섬유 복합재 하우징, 고속 회전용 초경량 회전자, 그리고 코일 winding 공정의 초정밀화가 동시에 적용되고 있다. 특히 일본과 유럽에서는 무연계선 winding 방식을 채택해, 코일 밀도를 높이면서도 무게는 줄이는 기술이 상용화되고 있다.

둘째, 고출력 설계를 위한 기술적 핵심은 자기장 효율을 극대화하는 코어 설계다. 전통적인 철심 코어 대신 연철 분말(Magnetic Powder Core)를 사용하는 고효율 모터가 등장하고 있으며, 이는 모터의 회전 속도와 토크를 일정하게 유지하면서도 출력 효율을 극대화할 수 있도록 돕는다. 또한, 자속 누설 최소화 기술, AI 기반 PID 제어 알고리즘을 통해 비정상 상황에서도 모터가 과부하 없이 지속 운전 가능하도록 설계되고 있다.

셋째, 고신뢰성 확보를 위한 트렌드는 ‘예측 가능한 고장 관리(PHM: Prognostics & Health Management)’ 기능의 통합이다. 최신 eVTOL 전기모터에는 진동 센서, 온도 센서, RPM 센서가 내장되어 있으며, 이는 기체의 AI 관제 시스템과 연동되어 실시간으로 모터 상태를 진단하고, 비행 전·중·후 자동 점검 데이터를 생성한다. 이 기술은 단순 유지보수(MRO)를 넘어, 예방 정비(Predictive Maintenance) 체계를 구축하는 기반이 된다.

 

3. 글로벌 eVTOL 모터 개발 동향과 한국의 전략적 대응

글로벌 시장에서는 이미 eVTOL용 전기모터 상용화를 위한 경쟁이 치열하게 전개되고 있다. 미국의 Joby Aviation은 자체 개발한 모듈형 고출력 브러시리스 모터를 기체 내 6개 프로펠러에 분산 배치하여 20분 이상 고속 비행이 가능한 안정성을 확보했다고 밝혔고, 독일의 Lilium은 전기덕트팬(eDucted Fan) 방식으로 고정식 모터 효율을 극대화하는 데 집중하고 있다. 

프랑스의 Safran, 영국의 Rolls-Royce Electrical 등 전통 항공엔진 제조사들도 eVTOL용 전기 추진 시스템 전환에 대규모 투자를 진행 중이며, 특히 하이브리드 터보-전기 모터 시스템을 개발해 중장거리 운항이 가능한 eVTOL 플랫폼 구축을 목표로 하고 있다. 한국의 경우, 한화에어로스페이스, 한국항공우주산업(KAI), 현대모비스, LIG넥스원 등이 전기모터 및 추진 시스템 개발에 참여하고 있으나, 전기모터 단품에 대한 독자 기술력은 아직 초기 단계이다.

따라서 정부와 기업이 함께 고효율 경량 전기모터 원천기술에 대한 집중 R&D, 그리고 eVTOL 전용 테스트베드와 인증 체계 확보를 통해 글로벌 서플라이 체인 진입을 서둘러야 한다. 결국, eVTOL 전기모터는 단순한 부품이 아닌, 기체의 안전성, 경제성, 성능을 결정하는 핵심 장치이며, 이를 둘러싼 기술 경쟁은 곧 UAM 산업의 주도권을 결정짓는 결정적 변수가 될 것이다.

 

<본문 요약>

• eVTOL 전기모터는 비행 안정성과 효율을 좌우하는 핵심 기술로, 경량화·고출력·내구성 확보가 핵심 트렌드다.
• 글로벌 주요 기업들은 AI 기반 제어, PHM 시스템, 고자속 밀도 코어 등 차세대 기술에 집중하고 있다.
• 한국은 원천소재·모터설계·시험검증 인프라를 조기 확보해 글로벌 eVTOL 공급망에 진입해야 한다.