마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러(왼쪽 선박용, 오른쪽 항공기용)
홍도관 박사
비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러 원리
세계 첫 '비접촉 마그네틱기어 이용 상반회전 프로펠러'
무소음·무진동... 선박·항공기 추진 효율 10% 이상 향상
저소음 어뢰 개발, 육해공 무인 이동체 동력원
한국전기연구원(KERI, 원장 명성호) 전동력시스템연구센터 홍도관 박사팀이 선박과 항공기의 추진효율을 10% 이상 향상시킬 수 있는 ‘비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러’ 기술을 세계최초로 개발했다.
상반회전 프로펠러는 서로 반대로 회전하는 2개의 프로펠러가 축 방향으로 배치된 것으로 전방 프로펠러에서 나온 회전 에너지를 후방 프로펠러가 반대 방향으로 회전하면서 회수 및 재활용하는 방식이다.
추진 효율이 높고 에너지 절감 효과까지 기대할 수 있다.
하지만 이러한 상반회전 프로펠러를 돌리기 위해 톱니가 맞물려 동력을 전달하는 일명 ‘기계식 기어’가 필요한데 마찰로 인한 열·소음·진동이 크고, 마모와 냉각을 위한 윤활유 공급 등 정기적인 유지보수도 해야 한다.
이에 KERI 홍도관 박사팀은 자석의 N극과 S극이 서로 밀고 당기는 힘을 활용해 기어 부품들의 접촉 없이 동력을 전달해 상반회전 프로펠러의 추진력을 만들어 낼 수 있는 ‘비접촉 마그네틱 기어’를 대안으로 제시했다.
마그네틱 기어가 태생적으로 상반회전이 가능하다는 점에 포인트를 두고 이를 수중 및 항공 추진체에 적용했다.
연구팀은 3년간의 노력으로 부품의 조합 및 설계, 전기-기계 간 성능해석, 시제품 제작 및 성능시험 평가 등의 난관을 차례로 통과했다.
최근에는 KERI 창원본원 인근의 저수지에서 비접촉 마그네틱 기어의 최대 효율 99%를 달성하는 수중 추진기의 실증 테스트까지도 완료했다.
비접촉 마그네틱 기어가 활용된 상반회전 프로펠러의 장점은 매우 많다.
높은 추진 효율성과 연료비 절감 효과는 물론이고 비접촉 자석의 힘을 활용하기에 소음과 진동이 거의 없다.
이 밖에도 수명이 반영구적이라 유지보수가 크게 필요 없다는 점도 큰 강점이다.
KERI 홍도관 박사는 "기존 방식인 ‘전동기+단일 프로펠러’를 뛰어넘는 것이 ‘전동기+복잡한 기계식 기어+상반회전 프로펠러’인데 이번 성과는 여기서도 한 단계 더 나아가 기계식 기어를 대체하는 비접촉 마그네틱 기어를 적용한 세계최초의 시도"라며 "수중용·항공용을 넘어 다양한 모빌리티 분야에도 우리의 비접촉 마그네틱 동력 전달 기술이 확대 적용될 수 있도록 연구개발에 힘쓰겠다"고 말했다.
현재 연구팀이 개발한 비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러는 무인이동체용 3kW급 출력 수준을 가지고 있는데 꾸준한 연구를 통해 올해 무인이동체용 10kW급을 달성하고, 내년에는 사람이 수십명 탈 수 있는 정도의 100kW 이상급 성능을 구현한다는 목표다.
원천기술과 관련한 특허 출원, 국내외 성과 논문 게재 등을 완료한 KERI는 이번 성과가 국방 (저소음 어뢰 개발, 육해공 무인 이동체 동력원), 산업(공작기계 등 자동화), 모빌리티(선박, 항공, 자동차) 등 다양한 분야에서 기계식 기어를 대체할 것으로 보고, 관련 기업으로의 기술이전을 통해 사업화에 나선다는 계획이다.
작성일 : 22-02-07 17:24
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