본 과제는 고속철도 추진 시스템의 핵심 부품인 영구자석 동기전동기를 개발하는 연구임. 희소하고 값비싼 희토류 사용량을 줄이면서도 고성능을 유지하는 전동기 개발에 중점을 둠. 연구 목표는 희토류 10% 이상 저감형 380kW급 고속철도용 영구자석 동기전동기 개발임. 효율 97%, 출력밀도 0.85kW/kg 이상을 만족하며, 최적 냉각 시스템, 감자특성 모델, 철손해석 co-simulator 개발을 포함함. 또한, SiC 소자 적용 460kW급 고효율 추진제어시스템 및 고신뢰성 주행 시스템 기술 확보에 주력함. 핵심 연구 내용은 전동기 최적화 설계, 냉각 시스템 개발, 시작품/시제품 제작 및 시험임. 고효율 및 센서리스 제어 등 주행 시스템 신뢰성 향상 기술 개발과 SiC 기반 추진제어시스템 설계 및 제작을 수행함. RAMS 분석을 통한 고신뢰도 달성 및 전동기 감자특성 모델, 철손해석 co-simulator 개발도 포함됨. 기대 효과는 고속철도 전동기 설계 및 제작 기술 확보를 통한 철도차량 성능 향상임. 기존 유도전동기 대비 부피/중량 약 20% 저감 및 출력밀도 약 20% 증가가 가능하며, 희토류 저감형 전동기 원천기술 확보로 국내 산업 경쟁력 강화에 기여할 것으로 전망됨.

본 과제는 고속철도 추진을 위해 필수적인 동력원인 전동기를 개발하는 연구임. 특히, 희귀하고 가격 변동성이 큰 희토류 사용량을 줄이면서도 높은 성능을 유지하는 영구자석 동기전동기와 이를 효율적으로 제어하는 시스템을 개발하는 데 목적이 있음. 이를 통해 친환경적이고 경제적인 고속철도 운행을 가능하게 함. 연구 목표는 기존 대비 10% 이상 희토류를 저감하며 효율 97%, 출력밀도 0.85kW/kg 이상을 만족하는 380kW급 고성능 전동기 및 최적 냉각 시스템 개발임. 더불어, SiC 소자를 적용한 460kW급 고효율 추진제어시스템 개발, 센서리스 제어 및 Flying Start 기법 적용, '철도안전관리체계 기술기준'에 부합하는 RAMS 분석을 통한 고신뢰도 달성임. 핵심 연구 내용은 희토류 저감형 영구자석 동기전동기 최적화 설계, 열특성 해석, VVVF 1C1M 인버터 설계 및 제작, RAMS 분석, 고효율 및 센서리스 제어기법 개발, 시작품 제작 및 성능 시험임. 이후 시제품 공인인증 및 현차 실증 시험, 상용화 모델 개발 및 사업화 준비를 진행함. 기대 효과는 기존 견인전동기 유지보수 비용 절감, 철도차량 하중 저감을 통한 인프라 비용 절감, 유도전동기 시장 대체 및 국내 부품 공급망 강화임. 희토류 사용량 저감으로 제작 원가 절감 및 국제 경쟁력 확보, 중국의 희토류 자원 무기화 정책 대응, 국내 산업 기술경쟁력 강화 및 일자리 창출에 크게 기여할 것으로 전망됨.