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과제기본정보

(공공 공사 연계) 특수차량 테스트를 위한 차대 및 원동기 동력계 적용 소형 고토크 모터 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 21TBIP-C162203-01
국가과학표준분류 1순위 전기 전자 | 중전기기 | 발전기 전동기 및 제어 적용분야 제조업(전기 및 기계장비)
2순위 기계 | 자동차 철도차량 | 차량운동성능 및 진동 소음저감기술 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 (공공 공사 연계) 특수차량 테스트를 위한 차대 및 원동기 동력계 적용 소형 고토크 모터 개발
주관연구기관 (주)테시스
총괄연구 책임자 성명 성 삼 모
소속 (주)테시스 직위 대표이사
전화번호 031-203-8773 FAX 031-203-8789
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 360,000,000 60,000,000 180,000,000 240,000,000 600,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 1) 수요처용 최종 산출물인 차대동력계는 차량의 도로 주행 조건을 정확히 모사하여 주행 시에 발생하는 주행저항을 실시간으로 정밀하게 가해준 상태에서 차량의 실제 출력을 측정하는 고정밀 고성능 장비로써 완성차 메이커 및 인증기관에 필수적인 장비이며, 고성능의 전동화 차량 (전기/수소전기/하이브리드 차량)의 수요 증대 및 시장 확대가 가속화되어 이들 차량의 실차 시험이 가능한 차대/원동기 동력계 수요가 급증할 것으로 예상됨.

2) 전기차 선두 메이커의 경우 차량 발생 축당 구동력(Tractive force)은 약 15,000N이며, 현재 국내 제조 전기차 사양은 축당 9,000N 수준인 관계로 국내 차량 메이커는 글로벌 경쟁력을 위한 전기차의 성능을 개선 중이며, 이에 따른 연구개발/인증용 차대/원동기 동력계 (고효율/고토크 모터 적용)의 국산화 개발 및 적용이 시급한 상황.

3) 또한 US EPA의 규정에 따른 인증용 차대 동력계는 롤러 직경 48인치, 폭 36인치, 롤러 사이거리 36인치 규격을 표준 차대 동력계의 사양으로 정의하고 있는 바, 이를 만족하는 MIM (Motor-In-Middle) 동력계용 모터 프레임 사이즈는 기구적으로 최대 355mm 미만이여야 가능하므로 현재까지 해당 프레임 사이즈를 만족하면서 가장 보편적으로 적용되어온 AC 모터 토크는 정격 3,300Nm (= 구동력 5,400N) 수준이나, 해당 동력계에 적용 가능한 국내의 소형 고토크 특수 모터 개발 및 생산은 전무하여 전량 해외 수입에 의존해 동력계 장비 제조에 사용되고 있음.

4) 기존에 사용되던 교류형 모터 (AC motor)의 기술이 아닌 저속에서 고토크가 가능한 영구자석형 모터 (Permanent Magnetic motor) 기술 기반의 소형 고토크 모터를 개발함으로써 (기구적 제한 한계 요소를 해결) 차대/원동기 동력계 장비에 적용하여야 하나, 글로벌 선두 그룹 기준의 차량 개발 시 이를 시험할 수 있는 국내 동력계가 없는 상황임.

5) 따라서 소형 고토크 모터 개발 후 차대 동력계 및 원동기 동력계의 국산화를 통한 선제적인 연구 개발용 동력계 공급으로 국내 전동화 차량 개발에 기여함을 목표로 함.
최종목표 전동화 차량의 모터가 PM모터 기반 기술이므로 차대 동력계 기존 AC모터 기반 기술이 PM모터로의 변경이 필요하며, 국내 메이커는 글로벌 선두업체의 전동화 차량 스펙에 미달되므로 선제적인 연구 개발용 동력계 국산화가 시급한 상황이며, 현재 완성차 업체 및 자동차 관련 연구기관에서 해외 제작업체에서 수입 의존하는 고 있음. 이에 따라 글로벌 선두 전기차 메이커의 기준 성능시험 조건을 만족할 수 있는 소형 고효율 모터의 개발 및 이를 적용한 차대, 원동기 동력계를 개발하고자 하며, 개발품의 인검증 기반 및 법정형식을 승인, 취득하고자 함.
연구내용 및 범위 [1단계] 동력계용 소형 고토크 모터 개발 완료
1-1. 수요 기관 요구 시방을 고려한 설계 각 모터별 사양 확정
- 각 모터별 출력/부하선도/Overload 용량 등 기본사양 확정
- PM 모터 기반 가용 설계기술 기준, 기본 설계 용역 추진
- 기본 설계 평가 및 상세 설계 진행
- 최종 평가 및 3D/2D 도면 확보 (경제성 평가 포함, 특허/디자인 출원/등록 추진)
1-2. 모터 (2종) 시제품 제작
- 국내·외 PM 모터 제작 경험 사 확보 및 제조 방안 평가
- 발주 및 제작 진행
- 조립 및 시운전 (Static & Full hot load test 포함) 참여
- 최종 제작사 제공 품질 및 성능 보고서 확보 (EN60034 표준 기준 적용)
1-3. 개발 모터 차대 동력계 적용 설계(안) 제시
- 모터의 동력계 적용 시 기구적 간섭 및 장착 문제점 확인
- 냉각 통로 및 전장 설계를 위한 상세 적용 문제점 확인
- 로드셀 장착 및 캘리브레이션 장치 문제점 확인
- 모터 제어를 위한 PM 인버터 사양 및 공급사 확정
- 제어 시스템과 인터페이스 등 문제점 선 확인
- 모터 3D 도면 차대 동력계 내로 최종 통합
- 최종 통합 BOM 확보
1-4. 개발 모터 원동기 동력계적용 설계(안) 제시
- 모터의 동력계 적용 시 기구적 간섭 및 장착 문제점 확인
- 냉각 통로 및 전장 설계를 위한 상세 적용 문제점 확인
- 토크미터 장착 및 캘리브레이션 장치 문제점 확인
- 드라이브 라인 상세 부품 선정 및 동적 해석/평가
- 모터 제어를 위한 PM 인버터 사양 및 공급사 확정
- 제어 시스템과 인터페이스 등 문제점 선 확인
- 모터 3D 도면 원동기 동력계 내로 최종 통합
- 최종 통합 BOM 확보
1-5. 소형 고토크 모터 시험기준(안) 최종 검토 및 확정
- 주관기관 제시 소형 고토크 모터 시험 기준 기술 검토, 수정 및 확정
1-6. 소형 고토크 모터 시험
- 소형 고토크 모터 공인시험 실시, 혹은 타(他) 공인인증기관 위탁을 통한 공인시험 성적서 획득
1-7. 국내·외 인증제도 분석
- 국내·외 제작차 인증제도(내연기관) 조사
- 국내·외 전동화 차량 시험검사, 인증제도 조사
- 국내·외 인증제도 분석 보고서 작성

[2단계] 고출력 전동화 차량 시험 대응 차대 동력계 및 대형 원동기 시험용 동력계 개발 완료
2-1. 개발 모터 적용 차대 동력계 업그레이드 진행 (1대)
- 기존 수요 기관이 보유한 150kW급 차대 동력계에 대하여 개발 PM 모터(354kW급)로 대체, 하드웨어 업그레이드 진행
- 관련 모터 제어용 PM 드라이브 및 제어 시스템 교체 후 소프트웨어 업그레이드 진행
- 현장 시운전 및 정도/성능 시험 진행 후 자체 보고서 제출
- 전기차 주행 성능 시스템 동시 개발 및 도입 평가 진행
2-2. 개발 모터 적용 원동기 동력계 신규 제작 (1대)
- 고토크 모터(550kW급)를 적용한 신규 원동기 동력계 전체 시스템 설계 및 제작/조립 진행
- 납품 전 자체 시운전 보고서 확보 (수요 기관 참관 필수)
- 현장 납품 및 설치/시운전 진행 정도/성능 시험 내용에 대한 자체 보고서 제출
2-3. 차대 동력계 성능시험 기준(안) 제시
2-4. 원동기 동력계 성능시험 기준(안) 제시
2-5. 차대 동력계 및 원동기 동력계 형식승인
- 동력계 성능시험 및 성적서 발급
- 동력계 형식승인 제반절차 진행 및 형식승인서 취득
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 수요기관의 요구를 반영한 소형 고토크 모터의 설계를 제시하고 시제품을 제작하며, 소형 고토크 모터의 시험기준안을 제시 - 고출력 전동화 차량의 테스트를 위하여 저속/고토크의 모터의 소형화가 필요함. 제한 요소로는 EPA 규정의 롤러 사이즈에 따른 실 모터 프레임의 제약이 존재하므로 (모터의 최소 사이즈는 모터 샤프트 센터 기준 H=355mm 미만이여야 함) 이를 극복하는 기술이 적용되어야 하므로 354kW급 PM Motor 개발을 목적으로 함.
- 수요 기관 보유한 시험실의 온습도 환경 하에서 상용 엔진 등 대형 원동기 출력 시험에 저속/고토크 모터의 소형화가 필요함. 제한 요소로는 실 모터 프레임의 사이즈를 H=500mm 미만으로 하는 550kW급 AC 또는 PM Motor 개발을 목적으로 함.
연구성과 기술적 기대성과 ㅇ 소형 고토크 모터의 설계기술을 내재화 달성하며, 국내 특허/디자인을 등록
ㅇ 소형 고토크 모터를 적용한 전동화 차량 시험용 차대 동력계 및 원동기 동력계의 설계기술 업그레이드 및 해외 유수 경쟁사 (AVL, HORIBA등)와 기술격차를 해소
ㅇ 전동화 차량의 구동력을 포함한 성능을 전기차 선진기업인 미국 테슬라 수준으로 향상시킬 수 있는 연구 개발용 차대 동력계를 국산화
사회 경제적 파급효과 ㅇ 해외 수입에 의존하던 동력계 장비의 국산화 달성 (연간 60~100억원)
ㅇ 모터 및 동력계 장비의 핵심 설계와 제어 기술인력의 신규 채용 및 전문화 양성
ㅇ 향후 미주, 유럽, 중국 등 전동화 차량 양산지역으로 차대 동력계 등을 수출 기여
활용방안 전동화 차량 (전기차 / 수소전기차 / 하이브리드 차량)의 주행성능, 소음/진동, 배터리 연비, 내구성능 등을 시험할 수 있는 고성능, 고토크 모터가 탑재된 차대동력계와 고출력 원동기 동력계의 국산화 개발로 국내 자동차 관련업계(완성차 / 연구소 / 부품공급사 / 인증기관 등)의 향후 급증하는 수요를 충족하고, 향후 해외 자동차 관련업계로 공급시장을 다변화 및 수출 증대
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 영구자석형 모터 차대동력계 원동기동력계 연비시험규정 전기차시험규정
영문 PM MOTOR CHASSIS DYNAMOMETER ENGINE DYNAMOMETER EPA SAE
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