누빈다…토종 인휠 모터로 미래 모빌리티 심장 노린다

[G-스타 오디션 인터뷰] 누빈다는 고출력‧고효율 구동 모터와 인휠 모터를 개발하는 모터 전문 스타트업이다. 전기이륜차나 LSV(Low Speed Vehicle. 저속차량), 소형 EV(전기차), AMR(Autonomous Mobile Robot. 자율 이동 로봇) 같은 소형 모빌리티부터 산업용 로봇, 무인항공기(UAV)까지 다양한 플랫폼에 맞는 맞춤형 구동 모터와 구동 모듈을 공급하는 B2B 플랫폼 기업 성장을 목표로 하고 있다.

그렇다면 왜 모터일까. 이유는 간단하다. 당장 시장도 크지만 성장성도 좋다. 전 세계 모터 시장 규모는 지난해 기준으로도 187조 8,000억 원애 달한다. 그 뿐 아니라 모빌리티 분야는 전동화와 자율화가 빨라지면서 덩달아 코어 격인 구동 모터 시장 잠재력은 크다고 할 수 있다. 전 세계 로봇용‧모빌리티 구동 모터 시장은 52조 7,000억 규모다. 국내 전기이륜차 구동 모듈 시장만 2030년까지 903억 원으로 성장할 전망, 더구나 서울시는 2025년까지 배달 이륜차에 대해 100% 전기차 전환을 발표해 525억 원 규모 확정적 수요가 형성된 상태다.

◇ 전기차‧로봇…움직이는 사물 중심은 결국 모터=전 세계적으로 탄소 중립 선언이 잇따르며 교통 분야에선 내연기관의 전동화 전환이 가속화되는 추세다. 그 중에서도 50cc와 125cc 이륜차는 1,600cc 소형차와 견줘 탄화수소는 230배, 일산화탄소는 50배 넘게 배출하는 심각한 환경 오염원으로 지적된다. 정부 차원에서도 전기이륜차 도입을 적극 지원하는 이유다.

하지만 현실은 녹록치 않다. 2023년 기준으로 국내 전기이륜차 등록 대수는 전체 이륜차 219만 8,000대 가운데 2.9%, 대수로 불과 6만 4,000대로 초라하다. 기존 전기이륜차에 쓰이는 인휠 허브 모터가 휠 내부에 모터를 배치한 완전 밀폐형 구조인 탓에 열 관리가 안 되어 최대 출력 4kW 이하 저성능과 140km 이하 짧은 주행거리라는 한계가 있기 때문. 시장은 10kW 이상 출력과 170km 이상 주행거리를 요구하지만 낮은 출력과 잦은 배터리 충전‧교체는 국내에서 활발한 배달 라이더에게는 하루 3만 6,200원, 연간 800만 원 이상 손해를 발생시킨다.

누빈다가 창업한 계기가 바로 이런 문제 해결에서 비롯됐다. CTO인 김관호 이사는 “현대모비스에서 인휠 모터와 전기 구동 시스템을 개발하면서 느낀 건 국내에는 모터만 깊게 파고드는 전문 스타트업이 거의 없었다는 점이었다”고 말한다. 사실 전기이륜차와 소형 모빌리티, 로봇, 드론에 들어갈 핵심 모터는 국내에서도 충분히 설계, 양산할 수 있는 역량이 있지만 실제 시장에선 여전히 중국을 비롯한 해외 모터 의존 비율이 압도적으로 높았다는 것. 김 이사는 “현장에선 국산 모터를 쓰고 싶어도 선택지가 없다는 제조사 얘기가 계속 들어왔고 이 구조를 바꿔보고 싶다는 생각이 창업을 한 출발점이었다”고 밝혔다.

누빈다는 이런 문제 의식 아래에서 첫째 플랫폼에 맞는 최적화된 고효율‧고출력 모터를 국내에서 설계하고 공급할 수 있는 팀을 만들겠다는 것, 둘째 단순 부품 판매를 넘어 제어기, 배터리와 연동되는 구동 모듈 단위 B2B 솔루션을 제공하자는 목표를 세웠다고 밝혔다. “이를 통해서 소형 모빌리티와 로봇, UAV 같은 분야에서 모터 국산화율을 높이고 국내 기업이 해외 모터에 덜 의존하는 구조를 만든다는 게 우리가 풀려는 문제입니다.”

김 이사는 모터 시장 잠재력은 상당히 크다고 말한다. 전동화와 자율화가 진행될수록 모든 움직이는 사물 중심에는 결국 모터가 있다는 것. 전기차 뿐 아니라 퍼스널 모빌리티와 물류 서비스 로봇, 드론, UAM, 산업 자동화까지 적용 가능한 영역은 지금도 계속 늘어나고 있다. 이런 이유는 김 이사는 비록 고출력‧고효율‧고신뢰성 모터에 대해 여전히 기술 진입 장벽이 높은 데다 일부 글로벌 플레이어에 편중된 구조에도 국내에서 전문성을 갖춘 모터 스타트업이 성장할 여지는 충분하다고 말한다.

◇ 출력 2.5배‧주행거리 2배 끌어올린 모터, 비결은?=김 이사는 “누빈다가 생각하는 고출력‧고효율 모터 솔루션 핵심은 단순히 출력만 높은 모터를 만드는 게 아니라”면서 전자기 설계와 열 설계, 기구 설계, 제어를 시스템 하나로 묶어 실제 운전 조건에서 오랫동안 안정적으로 고출력을 유지하게 만드는 것이라고 밝혔다. “토크와 효율 뿐 아니라 온도 마진, 무게, 패키징, 제조성까지 모두 고려해 애플리케이션별로 최적화된 맞춤형 모터를 구현하는 게 목표”라는 얘기다.

김 이사는 누빈다는 크게 2가지 축을 중심으로 기술을 동시에 개발하고 있다고 밝혔다. 먼저 축방향 자속 모터(AFM)은 UAV와 로봇 액추에이터처럼 경량이면서 고토크가 중요한 영역을 겨냥하고 있다. 디스크 형태 구조로 두께를 얇게 만들 수 있어 같은 출력에서 더 높은 토크 밀도와 경량화에 유리하다는 설명이다. 여기에 자속 경로 설계, 손실 관리, 냉각 구조를 함께 최적화해서 고출력 운전에서도 온도 여유를 확보할 수 있는 AFM 플랫폼을 지향하고 있다.

다음으로 인휠 모터 기술은 차량 휠 내부에 들어가는 특성을 고려해서 직경이 넓어 고출력에 유리한 외전형(Outer-rotor) 링 타입, 직접 구동(Direct Drive) 구조에 초점을 맞추고 있다. LSV나 AMR에선 휠 내부 공간에 상당히 제한적이다. 따라서 얇은 링 형태 외전형 구조로 패키징을 최적화하고 휠과 브레이크, 서스펜션과의 간섭은 줄이면서도 고토크와 고효율, 열 성능을 동시에 만족할 수 있게 설계하고 있다.

김 이사는 “이들 2가지 기술은 모두 시뮬레이션 기반으로 전자기, 열‧기구를 함께 설계한다는 점이 누빈다가 갖춘 공통 차별점이라고 할 수 있다”고 덧붙였다.

누빈다는 현재 중공형(Hollow) 구조를 기반으로 한 직접 구동 인휠 모터 2차 개선품을 개발 중이다. 초기에는 허브리스 콘셉트에서 출발한 허브리스 직접 구동 모터(Hubless Direct Driven Motor)였지만 실제 전기이륜차 적용과 내구‧정비성을 고려해 휠 허브베어링 구조를 적용한 강하면서도 간결한 중공형 링 타입 인휠 모터로 발전시킨 상태인 것.

이 모터는 기존 밀폐형 구조 한계를 극복하기 위해 모터 가운데에 비어 있는 중공형 구조를 택했다. 이 구조를 활용한 공기 순환 냉각 효과를 통해 기존 전기이륜차 구동 모터보다 2.5배, 주행 거리는 1.2배 끌어올렸다. 실제로 최대 출력은 10kW, 최대 주행거리는 170km 이상이다. 고객이 만족할 만한 성능과 요구치를 충족시킨다는 것. 김 이사는 이는 경쟁사 대비 출력은 2.5배, 주행 거리는 1.9배 높다고 밝혔다.

그 뿐 아니다. 이 같은 중공형 링 구조에 허브 베어링을 적용해 기존 허브리스 콘셉트보다 기구 강성이나 내구성, 조립성을 높였다. 림과 브레이크, 서스펜션과의 체결도 단순해져 완성차 업체 입장에선 설계와 양산에 훨씬 유리하다. 중공부와 하우징 구조를 활용해 공기 흐름과 열 배출 경로를 설계할 수 있어 냉각 측면에서도 유리하다.

직접 구동 인휠 모터 그러니까 체인과 벨트, 감속기 없이 모터가 곧바로 휠을 구동하는 구조인 만큼 기계적 손실과 소음을 줄이면서 구동게를 단순화해 효율과 유지보수성을 동시에 개선할 수 있다는 것도 장점이다. 또 전기이륜차 휠 내부라는 제한된 두께와 직경을 고려한 외전형 얇은 링 타입 구조로 다극 설계와 지속 경로, 권선, 냉각 설계를 함께 최적화해 초박형 구조에서도 전기이륜차에 필요한 고토크와 고효율을 동시에 달성하는 걸 목표로 한다.

또 다른 장점은 플랫폼 확장성이다. 똑같은 중공형 직접 구동 인휠 모터 플랫폼으로 바탕으로 전기이륜차 뿐 아니라 LSV와 소형 EV, AMR 등 소형 모빌리티용 구동 모듈로 확장할 수 있게 설계했다는 것도 차별화 포인트인 것. 김 이사는 이런 점에서 2차 개선 중공형 직접 구동 인휠 모터가 처음에는 허브리스 콘셉트로 출발했지만 실제 양산과 차량 적용 관점에서 훨씬 더 현실적인 중공형과 허브 베어링 구조로 진화한 고출력 인휠 모터라는 점이 기술적 차별점이라고 말한다.

◇ 로봇‧드론 등 분야별 파트너와 PoC‧공동 개발 진행중=누빈다는 전기이륜차 외에도 산업용 로봇, UAV 등 다양한 미래 모빌리티 분야를 정조준하고 있다.

김 이사는 이유로 “겉으로 보면 전기이륜차와 로봇, 드론은 서로 다른 시장이지만 누빈다 입장에선 모두 고출력‧고효율 구동 모터라는 같은 핵심 기술 위에 있는 응용 분야”라는 점을 강조한다. 모터 설계와 해석, 제어 역량으로 여러 시장을 단계적으로 열어가겠다는 전략이다. 김 이사는 그 중에서도 산업용 로봇과 UAV, 드론 분야는 이미 시장과 수요가 모두 형성되어 있다며 성장 속도도 빠른 만큼 가장 빠르게 매출과 레퍼런스를 만들 수 있는 시장으로 보고 있다.

전기이륜차와 LSV, AMR을 비롯한 소형 모빌리티 분야는 단기 매출 뿐 아니라 특정 OEM과 플랫폼을 함께 설계하는 공동 개발, 장기 파트너십 구조로 가려는 분야다. 김 이사는 인휠 모터를 단순 부품이 아니라 모터, 제어기, 배터리를 포함한 구동 모듈로 개발해 해당 OEM 내 여러 차종이나 플랫폼에 장기적으로 반복 적용되는 기반 모터를 제공하는 전략을 취할 계획이라고 밝혔다.

이를 위해 누빈다는 영역별로 실제 수요 기업이나 기관과 함께 PoC, 시제품, 공인 시험, 공동 개발을 병행하고 있다. 로봇 분야에선 앞서 언급한 삼익 THK와 웨어러블 보행 보조로봇에 들어갈 구동 모터와 제어기를 함께 공급하는 프로젝트를 진행했다. 이 모터는 KTR 공인인증 시험과 자체 성능 시험을 마쳐 실제 로봇 적용을 위한 성능이나 신뢰성 검증을 마친 상태라는 설명이다.

소형 모빌리티용 인휠 모터 쪽에선 서한 이노빌리티와 PoC 협의를 진행 중이다. 시제품과 자체 성능 시험은 마쳤고 이를 바탕으로 내년에는 오픈이노베이션 프로그램을 통해 공동 개발을 본격화할 예정이다. 한국자동차연구원(KATECH) 공인 시험을 준비하는 등 실차 적용을 위한 인증 단계도 밟아가고 있다.

드론과 UAV용 모터 분야에선 중소벤처기업부 초격차 1000+ 지원 사업 선정 과제로 개발을 진행 중이다. 중대형 산업용 멀티콥터를 겨냥한 T-모터급 성능과 가격 경쟁력을 갖춘 국산 모터 라인업 구축이 목표다. 내년 초에는 주요 출력대역별 제품 라인업 정리를 마치고 드론 제조사나 시스템 통합사 파트너 발굴에 나설 예정이다.

◇ 단계별 글로벌 진출 구상‧구동 모듈 플랫폼 기업으로 간다=누빈다는 2025 경기창업공모 G스타 오디션에도 참여해 수상 기업명에 이름을 올렸다. 김 이사는 참여 이유로 “경기도를 중심으로 한 모빌리티‧로봇 생태계에도 모터 전문 딥테크 기업이 실제로 존재하고 있다는 걸 확실하게 알리고 싶었기 때문”이라고 밝혔다. 또 G스타 오디션이 단순 대회가 아니라 경기도경제과학진흥원 후속 지원과 연계할 관문 역할을 하는 만큼 앞으로 경기도를 거점으로 사업을 키우려는 누빈다 입장에선 중요한 무대라고 생각했다고 말했다.

김 이사는 이번 수상이 경기도에서 인정한 기술 기반 모터 스타트업이라는 대외 신뢰도와 레퍼런스를 만들어준 만큼 앞으로 투자사와 완성차, 로봇, 드론 기업과의 미팅에서 신뢰 형성을 빠르게 만들어줄 장치가 될 것으로 기대하고 있다. 회사 측은 이번 수상을 발판 삼아 경기도와 유관기관 프로그램, 오픈이노베이션 전시, 데모데이 등과 적극적으로 연결해 나갈 계획이다.

누빈다는 앞으로 단순 모터 부품 공급을 넘어 모터와 제어기, 배터리를 통합한 패키지형 구동계를 제공하는 구동 모듈 플랫폼 기업을 지향한다. 구동 모듈 플랫폼 기업으로 성장해 전기이륜차와 소형 모빌리티용 인휠 구동 모듈, 로봇 관절 구동 모듈, 드론용 모듈 등은 서로 다른 애플리케이션이지만 공통 기술로 묶은 제품 라인업을 갖추고 고객이 “구동계를 통째로 맡길 수 있는 파트너”로 인식하게 하는 게 장기 목표인 것.

김 이사는 “지금 당장은 해외 제품에 크게 의존하고 있지만 국산 대안이 될 모터‧구동 모듈 브랜드로 성장해 이를 바탕으로 동남아와 인도 등 수요가 큰 지역 외에 일본, 미국 시장까지 단계적으로 진출할 계획”이라면서 “국내에서 시작해 글로벌로 통하는 모터 전문 기업으로 성장하겠다”고 밝혔다.