- 세계 최초, 에너지 절약에 크게 기여 -
국립 연구 개발 법인 신에너지?산업기술 종합 개발 기구(이하, NEDO)와 고효율 모터용 자성 재료 기술 연구 조합(MagHEM)(주 1)은 모터 전자 손실의 분석 장치로서 자기 베어링(주 2)을 탑재한 초고정밀도 모터 손실 분석 장치와 고효율 철심 재료(주 3)의 응력 하 자기 특성 평가 장치를 세계에서 처음으로 개발하였다.
이러한 장치를 이용하여 신규 자성 재료의 특성을 고려한 가전, 산업 기계, 자동차 등의 모터 설계 및 평가를 실시해 에너지 손실을 기존 대비 25% 삭감하는 모터의 실현을 목표로 할 예정이라고 한다.
일본에서 모터 수요는 가전이나 산업 기계 전용에 이어 자동차의 전동화(HEV, EV, FCV)에 수반되어 확대가 예상되고 있다. 이러한 상황 속에서 모터의 에너지 절약화는 최대 중요 과제 중 하나이다. 산업 경쟁력이 있는 소형?고효율 모터를 개발하기 위해서는 실제 기기 모터 조립 시 자성 특성을 평가하는 기술이나 구조 설계 기술을 개발하여 그 성능?신뢰성 평가를 확립하는 것은 에너지 절약화를 실현하기 위해서 필요 불가결하다
NEDO의 ′차세대 자동차를 위한 고효율 모터용 자성 재료 기술개발′에 있어서 고효율 모터용 자성 재료 기술 연구 조합(MagHEM)은 모터?자성 재료 기술개발 센터(주 4)에서 에너지 손실을 기존 모터 대비 25% 삭감하는 고효율 모터를 개발하기 위해서 고저온 감자(減磁) 시험 평가 기술과 초고정밀도 모터 손실 분석 평가 기술, 고효율 철심 재료의 자기 특성 평가 기술의 개발에 임했다.
이번 개발 성과로는 초고정밀도 모터 손실 분석 평가 장치로 지금까지 모터의 손실 평가의 오차의 원인이 되고 있던 기계 손실의 변동 요인 저감 기술로서 자기 부상하여 기계 마찰 손실이 없는 자기 베어링을 채용하였다. 자기 베어링의 한편에 토크 검출기를 부하 모터를 설치하고 다른 쪽에 직접 공시(供試) 모터를 설치하는 구조로 하는 것으로 공시 모터의 부착성이 뛰어나 공시 모터 측에는 기계적 접촉부가 일절 없는 구조로 하였다. 이것에 의해 고정밀도로 안정된 모터 전자 손실의 측정이 실현되어 고정밀도의 손실 분석이 가능하게 되었다.
그리고 차세대 모터용 철심 소재로서 기대되는 재료에 응력을 가했을 때 자기 특성을 평가하는 장치를 세계에서 처음으로 개발하였다.
모터를 회전하기 위한 전자석 부분을 구성하는 철심은 현재 두께 0.3~0.6 mm의 전자강판을 적상하는 구조가 주류이지만 이 철심 부분에는 향후 손실이 작은 아몰퍼스 재료 또는 나노 결정재로 부르는 재료가 적용될 것으로 예상되고 있다. 한편 모터의 회전력을 지지하기 위해서 철심 부분을 강고하게 고정할 필요가 있지만 보관 유지하는 힘을 가해지는 것으로 철심에서의 손실이 증가하여 소재의 특성을 살릴 수 없을 가능성이 있다.
이번에 머리카락의 굵기보다 얇은 약 20μm 두께의 재료를 접어 구부리지 않고 압축력을 가하는 기술을 신규에 개발한 결과 자기 특성의 저하를 정량적으로 평가할 수 있게 되었다. 향후 이러한 데이터를 이용하여 고효율인 소재 특성을 활용한 모터의 설계를 진행시켜 나갈 예정이라고 한다.
향후 예정으로는 에너지 손실이 적은 고성능 연자성(軟磁性) 재료의 개발, 그리고 이러한 신규 자성 재료의 성능을 최대한 살려 보다 고효율을 달성할 수 있는 모터의 개발을 실시하여 에너지 손실을 기존 모터 대비 25% 삭감하는 고효율 모터의 실현을 목표로 할 것이라고 한다.
(주 1) 고효율 모터용 자성 재료 기술 연구 조합(MagHEM)
희토류 원소에 의존하지 않는 혁신적인 고성능 자석의 개발, 그리고 모터를 구동하기 위한 전기 에너지의 손실을 줄이는 연자성 재료의 개발을 실시함과 동시에 신규 자석, 신규 연자성 재료를 이용하여 보다 고효율을 달성할 수 있는 모터의 설계 기술을 개발하는 것으로 차세대 자동차나 가전, 산업 기계의 심장부인 모터 에너지 절약화에 대해 경쟁력을 확보하는 것을 목적으로 하고 일본에서 2012년 9월 25일에 설립되었다.
(주 2) 자기 베어링
자기 부상에 의한 비접촉 지지를 실시한다. 마모가 없기 때문에 윤활유가 불필요하고 베어링의 수명은 반영구적이다.
(주 3) 고효율 철심 재료
현재 철심에 이용하고 있는 전자 강판(두께 0.3~0.6 mm)과 비교하여 매우 얇은 20μm(0.02 mm) 정도로 제조되어 손실이 전자강판의 1/4~1/3로 작은 고효율의 철심용 재료이다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
