일반기술

전기구동 시스템의 고효율, 소형화를 위한 고속 전동기 기술

고속 전동기는 고속회전을 이용하여 일반 산업용 전동기 대비 고효율, 소형경량, 무급유, 친환경성 등의 특징을 갖는 전동력 구동장치이다.고속을 요구하는 기존의 구동 시스템은 대형 구동 전동기와 복잡한 증속 기어시스템이 장착되어 소음이 크고, 시스템 효율이 낮으며, 증속 기어시스템을 위한 윤활유가 필요하여 환경성이 악화될 뿐만 아니라 유지보수 비용도 높다.고속 전동기가 채용된 고속 구동 시스템은 증속기 등의 부가장치를 갖는 기존 시스템에 요구되는 공간을 약 50%까지 줄일 수 있고, 시스템의 효율 또한 약 10%이상 높으며, 유지보수 측면에서 우수한 특성을 나타낸다.개발을 위한 요소기술로는 전자계 설계기술, 구조진동 해석기술, 열해석 및 냉각설계기술, 저손실 제어기술, 고속용 베어링 설계기술, 회전자 일체형 영구자석 착자기술, 전동기 제작조립 기술이 요구된다.일반 산업용 전동기의 최고 속도는 2극기의 경우 최대 3600rpm이며, 이러한 일반 산업용 전동기의 최고속도를 초과할 때 고속 전동기로 분류되고, 고속 전동기 시스템은 고속전동기, 고속용 베어링, 전력변환장치로 구성된다.해당 기술은 고속 영구자석 전동기 및 고속 유도전동기의 개발기술, 고속구동용 인버터 개발기술을 포함한다. ○ 고속 전동기 개발기술 - 전자계(전기회로/자기회로) 설계 및 특성분석 기술- 부하에 따른 동특성분석 및 손실평가 기술- 고속용 베어링 응용기술- 구조, 진동설계 및 분석- 발열량 평가 및 분석기술- 냉각구조 설계기술 ○ 고속구동용 인버터 개발기술- 고주파용 파워 스택 설계기술- 센서리스 속도제어 알고리즘 기술- 고속 인버터용 제어기 설계기술- 전동기 파라미터의 모니터링 및 진단기술개발가능 용량 : 0~300HP, 0~60,000rpm(저용량은 초고속화 가능)□ 기술시장동향증속기어를 채용한 기존 고속 구동시스템을 고효율화, 소형경량화, 유지보수개선 등을 목적으로 고속 전동기를 채용한 직접구동방식의 고부가가치 제품으로 대체화 진행국내외 시장은 터보기기, 터보펌프, 공작기계용 고속 스핀들 전동기, Flywheel에너지 저장장치, 연료전지용 과급장치 등의 제품에서 형성되고 있으며, 정확한 시장규모는 아직 밝혀지지 않고 있으나 세계시장은 약 1조원, 국내시장은 약 500억 정도로 추산됨일본의 日經産業新聞 특집 21세기의 신기술신시장 조사에서 2020년 신기술의 세계 시장 200위중 고속 회전기를 필요로 하는 기술은 14개 제품에 시장규모는 816조원으로서 미래 첨단 고부가 가치 제품을 개발하기위한 요소기술임을 나타냄.□ 적용분야- 일반산업분야: 터보기기(터보 공기압축기/송풍기), 터보펌프(원심펌프, 진공펌프, 가스펌프), 연료전지 과급장치, 고속 스핀들시스템, 터보차져 등- 에너지분야: 마이크로 터빈용 고속발전시스템, 플라이휠 에너지저장장치, 항공기용 고속발전장치, 전기선박용 고속발전기- 특히, 터보기기는 압축공기를 이용해 동력을 전달하거나 원료를 이송하는 데 사용되는 핵심 공정장비로, 전기전자ㆍ화학ㆍ식품 및 제약ㆍ제조업 분야에 폭넓게 사용됨.□ 기술의 완성도해당 기술은 시장개척단계로서 고속 전동기와 구동용 인버터의 설계 및 제작기술을 이미 확보하고 있음.단, 고속 전동기용 공기베어링(Air-foil Bearing)에 대한 설계기술은 미확보