-최대토크 800㎏f∙m 이상, 최고속도 310㎞/h
 -“한계점으로 밀어붙이는 도전, 그리고 대 성공”

 페라리가 현지 시각 9일 브랜드 역사상 최초의 순수 전기차를 소개하고 주요 기술을 발표했다. 이 자리에서 사람들의 관심을 사로잡은 건 단연 파워트레인이다. 전기모터의 성능을 어떻게 구현했고 이를 위한 내구성과 기술 발전에 대한 이야기로 가득 채워졌다.

 구체적으로 살펴보면 먼저, 프런트 및 리어 액슬에는 각각 두 개의 독립적인 전기모터가 탑재돼 있다. 이 모터들은 유기적으로 함께 작동하며 토크 벡터링을 유연하게 구현하고 주행의 역동성을 한층 높인다. 

 프런트 및 리어 액슬의 모든 부품은 페라리 자체적으로 개발했다. 이와 함께 변속기, 인버터, 전기모터는 완벽한 제어, 최고 수준의 출력 밀도, 극대화된 전기 효율 및 낮은 소음 발생을 목표로 설계했다. 또 자체 주조 공장에서 주조품을 직접 제작해 완성도를 높였으며 전체 생산 공정을 철저히 통제하는 데에도 유리했다. 참고로 모든 주조품은 재생 알루미늄 합금으로 생산하며 이는 기계적 성능의 저하 없이 기존 합금 대비 CO2 배출량을 최대 90%까지 절감할 수 있다.

 총 출력 210㎾의 프런트 액슬은 사륜구동이 필요 없는 주행 상황에서 효율성을 극대화하기 위해 최고속도에 이르기까지 모든 영역에서 동력 연결을 차단하고 차를 후륜구동 방식으로 전환할 수 있다. 최대 가속 시 프런트 액슬은 휠에 최대 3500Nm의 토크를 전달할 수 있다. 부품을 통합해 액슬 무게와 크기를 획기적으로 줄였고 모든 전력 전자 장치를 액슬에 직접 탑재했다. 이러한 설계 방식은 전체 크기를 줄여주는 동시에 효율성과 출력 밀도를 높이는 효과를 가져왔다. 그 결과 프런트 액슬은 3.23㎾/㎏라는 출력 밀도를 달성했으며 최고출력 시 93%의 효율을 발휘한다.

 프런트와 리어 액슬의 출력은 비대칭 구조다. 리어 액슬은 최고출력 630㎾, 출력밀도 4.87㎾/㎏ 를 갖췄다. 최고출력 시 효율은 동일한 93% 수준이다. 특히 '퍼포먼스 런치' 모드에서는 노면에 전달하는 최고출력은 1000마력 이상, 최대토크 역시 8,000Nm에 달한다. 이를 바탕으로 정지 상태에서 시속 100㎞ 가속시간은 단 2.5초면 끝난다. 최고속도는 시속 310㎞ 수준이다. 프런트 액슬에는 동력을 맺고 끊을 수 있는 연결 차단 시스템이 탑재돼 효율성과 에너지 소비의 이상적인 균형점을 찾아낸다. e 마네티노의 고속도로 주행 모드에서는 차가 순수 후륜구동 방식으로 주행한다. 주행 상황에 따라 프런트 액슬의 구동력이 필요해지면 시스템이 자동으로 두 개의 프런트 모터를 가동시켜 사륜구동으로 전환한다. 나머지 두 e 마네티노 모드에서는 항상 사륜구동 상태를 유지한다.

 액슬은 윤활 회로를 통해 정확히 필요한 양의 오일만을 공급받아 기어와 메커니즘이 최대 효율을 낼 수 있는 이상적인 상태를 유지한다. 강제식 드라이 섬프 윤활 시스템은 펌프와 열교환기로 구성되며 해당 회로는 메인 밸브를 통해 윤활 라인을 활성화하고 액추에이터에 필요한 압력을 공급한다. 두 개의 추가 밸브는 연결 차단 기능과 리어 액슬의 파킹 락(주차 잠금 장치) 체결 및 해제 기능을 제어한다. 이러한 구조는 시스템 전체의 설계를 단순화하고 무게를 줄이는 데 기여하고 있다.

 이와 관련해 회사 관계자는 “액슬에 들어가는 영구 자석 동기 모터의 개발 과정은 현존하는 기술을 한계점까지 밀어붙이는 도전이었다”며 “인상적인 토크와 출력 밀도는 페라리가 모터스포츠에서 쌓아온 유산이 있기에 가능한 성과”라고 말했다. 정교한 설계를 바탕으로 사소한 디테일 하나까지 놓치지 않았으며 구조를 최적화하고 최고의 성능을 내는 소재를 사용했기에 가능한 결과라는 것이다.

 이를 바탕으로 리어 모터는 2만5,500rpm, 프런트 모터는 3만rpm 에 달하는 높은 회전 속도를 낼 수 있었고 각각 310㎾와 105㎾라는 최고출력을 발휘하는 동시에 콤팩트한 크기로 공간 효율성을 극대화한 액슬 구조를 실현했다. 로터(회전자)에는 효율을 높이기 위해 여러 조각으로 분할된 표면 부착형 영구 자석을 사용했다. 이와 함께 모터스포츠에서 유래한 '할바흐 배열' 구조를 채택해 자기장을 고정자 쪽으로 집중시켰다. 즉, 토크 밀도를 극대화하고 전체 무게를 줄였다.

 고정자 자체에 대한 기술 혁신도 이뤄졌다. 개별 강판 간의 단락 가능성을 최소화하기 위해 극도로 얇은(0.2㎜) 무방향성 규소 강판을 자체 접착 공법으로 적층해 만들었다. 또 자기장이 회전할 때 발생하는 특성으로 인한 내부 구리 손실을 줄이기 위해 특수한 리츠 와이어 방식을 적용했다. 열전달 효율도 높이기 위해 특수 레진을 가지고 진공 함침 공법을 적용했다. 고정자의 기계적 강도를 높여주고 작동 중에 발생하는 각종 응력을 더 효과적으로 견딜 수 있게 해준다.

 다양한 세부 기술을 종합한 결과 동적 성능은 엄청난 수준까지 올라갔다. 프런트 모터의 속도가 얼마나 빨리 증가하는 지에 대한 수치는 4만5,000rpm/s 에 달하며 정지 상태에서 최고속도까지 도달하는 데 1 초도 채 걸리지 않는다. 이를 통해 단순히 강력한 출력을 넘어 즉각적인 응답성까지 보장한다.

 한편, 이 같은 결과는 지금까지 시제품(프로토타입) 생산 영역에만 머물러 있던 공정들을 양산화하는 데에 성공했기 때문에 가능했다. 예로 고속 회전 시 발생하는 강력한 원심력으로부터 자석을 보호하기 위해 탄소링을 로터에 합치는 공정을 들 수 있다. 이 방식은 무게 증가는 미미한 수준에 그치면서도 로터와 고정자 사이의 간극을 늘리지 않고 자석의 파손을 방지한다. 이처럼 모터스포츠 기술을 양산 공정에 접목해 극도로 콤팩트하면서도 초고성능을 발휘하는 전기모터가 탄생한 것이다. 해당 모터는 F80 슈퍼카 프런트 액슬을 위해 처음 개발했으며 이제 페라리 순수 전기차에도 들어간다.