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.
○ 고속철도 추진을 위한 희토류 저감형 영구자석 동기전동기 개발 - 기 개발품 대비 10% 이상 희토류를 저감한 영구자석 동기전동기 개발 - 효율 97%, 출력밀도 0.85kW/kg을 만족하는 380kW 이상의 고성능 전동기 개발 - 전동기 방열을 위한 최적화된 냉각 시스템 개발 - 영구자석 감자특성 모델 및 철손해석 co-simulator 개발 - 구동모...
희토류 저감형
영구자석 동기전동기
추진제어시스템
센서리스 제어
고효율 / 고출력
4
협동|
2021년 3월-2025년 12월
|3,755,249,000원
희토류 저감형 영구자석 동기전동기 개발
본 과제는 고속철도 추진 전동기에 사용되는 희토류 원료의 사용량을 줄이면서도 높은 성능을 유지하는 영구자석 동기전동기를 개발하는 연구임. 희토류는 강력한 자석 제조에 필수적이나, 공급 안정성 및 비용 문제가 있어 이를 해결하고자 함.
연구 목표는 희토류를 10% 이상 저감하며 효율 97%, 출력밀도 0.85kW/kg 이상의 380kW급 고성능 영구자석 동기전동기 및 최적 냉각 시스템 개발임. SiC 소자 적용 460kW급 고효율 추진제어시스템 개발과 RAMS 분석을 통한 고신뢰도 달성임. 핵심 연구 내용은 희토류 저감형 동기전동기의 최적 설계, 냉각 시스템, 고효율/센서리스 제어 기법 개발 및 VVVF 1C1M 인버터 설계/제작임. 또한 RAMS 분석 수행, 시제품 제작, 공인인증 및 현차 실증 시험을 통한 상용화 모델 개발을 포함함. 기대 효과는 고속철도 전동기 유지보수 및 인프라 비용 절감, 희토류 사용량 감소로 인한 제작 원가 및 가격 경쟁력 확보임. 국내 철도 산업 기술 독점 방지 및 국제 경쟁력 강화, 희토류 자원 무기화 정책 대응, 그리고 관련 산업 일자리 창출 및 전문 인력 양성에 기여할 것으로 전망됨.
공작기계의 친환경 스마트화를 위한 추력 35kN, 회전수 6,000 RPM 급 전동 주축 및 CNC 선반 시스템 개발
본 과제는 공작기계의 친환경 스마트화를 목표로, 추력 35kN, 회전수 6,000 RPM급 전기구동 주축 및 CNC 선반 시스템을 개발하는 연구임. 유압 시스템을 전동화하여 에너지 효율을 높이고, 제어 및 모니터링을 용이하게 하는 것이 핵심임.
연구 목표는 고신뢰성과 가격 경쟁력을 갖춘 양산형, 에너지 절감형 전기구동 주축 및 CNC 선반 시스템을 개발하는 데 있음. 추력 35kN 이상, 최고 회전수 6,000 RPM 이상, 소비전력(클램핑) 0.2kW 이하, 드로우바 이송정밀도 0.02mm 이하 등 구체적인 성능 지표 달성을 목표로 함. 핵심 연구 내용은 칸워크홀딩(주)의 리드스크류 타입 동력전달장치, 고토크 치형 클러치 유닛, 전기구동 주축 및 갱타입 선반 시스템 개발, 그리고 통합 제어 알고리즘 설계 및 필드 절삭 시험을 통한 신뢰성 검증임. 동아대학교 산학협력단은 전기구동 주축 기술의 상용화 안정성 개선 및 통합 제어 시스템 최적화를 통한 제어 성능 개선에 참여함. 한국기계연구원은 전기구동 선반 시스템의 고장모드 분석, 신뢰성 평가 장비 설계 및 제작, 수명시험 실시 및 신뢰성 인증을 담당함. 기대 효과는 대외 의존도가 높은 공작기계 핵심 기술의 국내 확보 및 개발 기반 마련임. 또한, 유압 배제를 통한 에너지 절감과 작업 환경 개선으로 친환경 기술을 통한 공익성 확보가 가능함. ICT 융합을 통한 스마트 팩토리와 IoT 기술 고도화로 신규 시장 창출 및 관련 인력 고용 증대에 기여할 것으로 전망됨.