1. 총괄 과제

총괄 과제명		차세대 산업용 Green 전동기 시스템 플랫폼 기술 개발		기술료 비징수
세부과제명		① 산업용 고속 PMSM & IM 기술개발 (고속화) ② 산업용 소형/고효율 PMSM 기술개발 (고효율화) ③ 산업용 저속 고토크 DD전동기 기술개발 (고토크화)
총 사업기간		2009.01.01 ~ 2013.12.31 ( 60 개월)
단계별 사업기간		단 계	기 간
		1단계 (플랫폼 구축)	2009.01.01 ~ 2011.12.31 ( 36 개월)
		2단계 (시범 적용)	2012.01.01 ~ 2013.12.31 ( 24 개월)
사업유형		통합형
1. 연구과제의 목표
기술개발 목표	○ 자계/열해석 기반 Green 전동기 설계 플랫폼 기술개발 및 보급 ○ 저가격/고효율의 컨버터 Topology & 제어알고리즘 플랫폼 기술개발 및 보급 ○ World Best Class의 고속전동기 개발 ○ World Best Class의 DD전동기 개발 ○ World Best Class의 PMSM기술 개발
기술개발 필요성	○ 국가 전력의 65%이상을 전동기 부하가 사용 - 전동기 부하의 지속적인 증가 - Mechanical Engine의 Electric Engine화 ○ 에너지 수급계획과 함께 에너지 사용 합리화에 대한 요구 증대 - 전동기 최저효율제 도입 - 고효율 전동기 및 제어용전동기의 사용확대 ○ 전동기 분야의 새로운 기술채택 - 증속기어를 배재한 고속전동기의 채택 (고속화) - 감속기어를 배재한 DD전동기의 채택 (고토크화) - 영구자석전동기의 사용확대 (고효율/소형화) ○ CAE기술을 활용한 전동기 설계&제어 공용 플랫폼 기술개발 시급 - 중소기업의 기술력 결여 - 세계적인 기술력을 갖는 기업의 육성 필요 ○ 전동기 시험 평가기술 및 시험기 공유 필요 - 중소기업은 시험평가 기술 미보유 - 공인된 시험법 개발 필요

기존 R&D사업과의

차별성·연계방안

기수행 / 수행중인 유사 R&D과제	본과제의 차별성 / 연계방안
-고속전동기 개발 -In Wheel 모터 개발 -프리미엄급 유도전동기 개발 -컴프레스 구동용 PMSM개발	- 기존의 연구 개발 사업에서 얻어진 기술력을 기반으로 함 - 공유 가능한 기술의 통합/체계화 - 개발 소프트웨어 및 하드웨어를 중소기업에 보급하므로써 국내 전동기 분야의 기술경쟁력을 한 단계 높임 - 공유기술과 개별기술의 통합적용에 의한 세계최고수준의 전동기 개발 - 시험평가기술 & 시험기 개발 및 관련기술을 전동기 생산업체에 제공 - 개발 기술을 프로그램에 포함하여 다수의 관 련 기업이 직접적으로 혜택을 받도록 함

플랫폼 기술의

공유·보급·확산 목표

주요 연구성과물	응용 및 파급효과			보급목표 (기업명)	보급시기 (년, 월)
	대상 기업군	대상 중소기업수	응용/ 파생기술
전동기 기본설계 프로그램 보급 (기개발기술기반)	중소형 전동기 제조&개발업체, 대형 전동기 제조&개발업체	(주)뉴로스, 터보맥스외 70개	터보기기시스템 초고속화 기술, 고속스핀들 정밀제어기술, 서보메커니즘 소형/박형화 기술, 제어용 메커니즘의 고효율/고정밀화 기술	뉴로스,터보맥스,진솔터보기계,황해전기,한국유체기계,삼정터빈,경주전장,코아스틸,대영산전,메트로닉스,세우산전,져스텍,코모텍,그린모텍,모아텍,뉴모텍,누리전기,로보티즈,맥시스,모터넷,일성전자,TSA,파스텍,GGM,웅진,하츠,SPG,키네모숀,LG이노텍,삼성전자 대우일렉트로닉스,GGM,휴모테크,파스텍,코모시스,정심전자,일성전자,시대전기,삼성전기 등	2011
전자계+열해석 /설계 프로그램 보급 (기개발기술기반)					2011
차세대 전동기 설계 교육					2010
고속전동기 설계기술 메뉴얼화 및 관련기술 기업이전					2013
DD전동기 설계기술 매뉴얼화 및 관련기술 기업이전					2013
PM전동기 설계기술 매뉴얼화 및 관련기술 기업이전					2013
전동기 기본설계프로그램 보급 (개발기술포함 Upgrade화)					2013
전자계+열해석 /설계프로그램 보급전자계+열해석 프로그램 보급 (기개발기술기반)					2013
표준화된 저가격/고효율의 컨버터 Topology 개발 및 공유	산업용 인버터 제조기업, 자동화장비 제조기업 등	브이씨텍외 50개		그린파워,매그플러스,인텍C&I,AD,브이씨텍,윌링스,블루코드,다윈전자,인피니온,엠에스웨이,하이소닉 등	2010
차세대 전동기 제어 교육					2010
제어알고리즘 개발 및 공유					2011
시험평가기법& 시험기 개발 중소기업 기술이전	상동	상동	상동	상동	2013

2. 연구성과물 상세 내역

I P	IP 명	IP 유형	활용 기업군	확보 시기 (년, 월)
	고속 전동기 시작품	설계도	중소형 전동기 제조&개발업체, 대형 전동기 제조&개발업체	2/년
	소형/고효율 전동기 시작품	설계도		1/년
	저속/고토크 전동기 시작품	설계도		1/년
	고속 전동기 설계 메뉴얼	매뉴얼		1/년
	소형/고효율 전동기 설계 메뉴얼	매뉴얼		1/년
	저속/고토크 전동기 설계 메뉴얼	매뉴얼		1/년
	고속 전동기 기본설계 프로그램	S/W		2011년 12월
	소형/고효율 전동기 기본설계 프로그램	S/W		2011년 12월
	저속/고토크 전동기 기본설계 프로그램	S/W		2011년 12월
	차세대 전동기 제어 교육	매뉴얼	산업용 인버터 제조기업, 자동화장비 제조기업 등	2013년 12월
	저가격/고효율의 컨버터 Topology	S/W		2013년 12월
특 허	특허 내용	출원 국가	활용 기업군	확보 시기 (년, 월)
	고속전동기 구조&형상	KR, EU, USA, JP, CN	중소형 전동기 제조&개발업체, 대형 전동기 제조&개발업체	2/년
	소형/고효율 전동기 고속전동기 구조&형상	KR, EU, USA, JP, CN		3/년
	저속/고토크 전동기 구조&형상	KR, EU, USA, JP, CN		2/년
	고속 및 고효율 제어기 HW/SW	KR, EU, USA, JP, CN	산업용 인버터 제조기업, 자동화장비 제조기업 등	3/년
논 문	논문 내용	게재처	게재 시기 (년, 월)	비 고
	전동기 고속화 기술	IEEE, 정밀기기공학회	3/년
	전동기 소형/고효율화 기술	IEEE, 대한전기학회	3/년
	전동기 저속/고토크화 기술	IEEE, 대한전기학회	3/년
	고집적 제어기술	IEEE, 전력전자공학회	3/년
연구보고서	연구보고서 제목	포함 내용	제출 시기 (년, 월)	비 고
	1단계보고서	1단계보고서	2011년 12월
	2단계보고서	2단계보고서	2013년 12월
기술 표준화	표준화 내용	표준화 종류	확보 시기 (년, 월)	비 고
시험제작품 및 시범적용	시제품 명칭	주요 용도·기능 및 Spec.	시범적용 기업(군)	적용 시기 (년, 월)
	고속 PMSM, IM	블로워 시스템, 스핀들	고속기 시스템 제조업체	2011,12
	고효율 PMSM	산업용 서보시스템	서보시스템 제조업체	2011,12
	고토크 DD 전동기	산업용 DD 시스템	DD 시스템 제조업체	2011,12

2.1 세부과제 1

세부 과제명

산업용 고속 PMSM & IM 기술개발 (고속화)

1. 연구과제의 목표

총괄 과제와의

연관성

○ 세계 전동기 기술의 발전추세

- 고효율화, 고토크화, 고효율화

○ 고속 PMSM & IM 전동기는 차세대 산업용 Green 전동기 플랫폼 기술 중 고속화 기술에 해당.

○ 고속전동기는 증속기어를 사용하지 않으므로 유지보수성 향상, 청정화및 체적을 1/10로 줄일수 있어 공간확보가 용이한 기술임.

핵심기술

목표항목

성능지표 (IM)	현재기술수준비교		기술개발 목표
	국내	세계최고수준 (미쯔비시/일본)	1단계 (2011년)	2단계 (2013년)
출력[kW]	7.5	40	20	20
최대속도[rpm]	10,000	24,000	24,000	40,000
전류[A]	53.5	80	40	80
출력토크[Nm]	47.7	23	11.5	23

성능지표 (PMSM)	현재기술수준비교		기술개발 목표
	국내	세계최고수준 (미쯔비시/일본)	1단계 (2011년)	2단계 (2013년)
정격출력[kW]	200	112	112	150
정격속도[rpm]	30,000	60,000	60,000	60,000
속도정밀도[%]	±1	±0.1	±0.5	±0.1
권선온도[℃]	160	160	160	160

2. 세부 연구과제의 주요내용

토크 최대화 설계 기술개발

전자계(전기회로/자기회로) 최적화 설계

부하에 따른 동특성 해석 및 손실해석

고속 IM의 손실해석 및 분리 기법개발

고속 PMSM의 손실해석 기법개발

효율 최대화 설계

고속 IM의 손실해석 및 분리 기법개발

고속 PMSM의 손실해석 기법개발

철손 최소화 기술(철심 부분포화 회피설계 ,영구자석 적층화)

열방사 구조 설계연구

전자계+열 연계해석을 기초로 한 열방사 최적구조 도출

열감자 회피기술

저속 고토크 제어기술

센서리스 속도제어 알고리즘 개발

초고속 인버터용 벡터제어기 개발

초고속  PMSM용 센서리스 회생 알고리즘 개발

전동기 파라미터의 자동 튜닝 알고리즘 개발

시험평가 기술

시스템단위의 고속회전기 시험평가 기술 개발

고속회전기 시험을 위한 신뢰성있는 시험기 개발

고속전동기 설계 및 컨버터&제어알고리즘 플랫폼 기술화

고속전동기의 개발기술을 포함한 전용 설계프로그램 개발/보급 및 교육 시스템 완성

고속회전기용  저가격/고효율의 컨버터 Topology 개발/공유 및 제어알고리즘 메뉴얼화

2.2 세부과제 2

세부 과제명

산업용 소형/고효율 PMSM 기술개발 (고효율화)

1. 연구과제의 목표

총괄 과제와의

연관성

○ 세계 전동기 기술의 발전추세는 Green화로 가고 있음

- 고속화, 고효율화, 고토크화

○ 소형/고효율 차세대 산업용 Green 전동기 플랫폼 기술 중 소형화/ 고효율화 기술에 해당

○ 차세대 산업용 영구자석형 전동기의 소형/고효율를 달성할 수 있는 공통 플랫폼 기술임.

핵심기술

목표항목

성능지표	현재기술수준 비교		기술개발 목표
	국내	세계최고수준 (도요다/일본)	1단계 ( 2011 년)	2단계 ( 2013 년)
정격출력밀도 (kW/kg)	0.1	0.2	0.2	0.25
최대효율 (%)	92	93	93	94
CPSR	1.5	2.5	2	3
속도제어 오차율(%)	1	0.05	0.1	0.05

2. 세부 연구과제의 주요내용

○ 산업용 PMSM 소형/고효율화 전자계 설계/해석 기술개발 ( web 기반 프로그램 지원)

- 장하분배법에 기반한 전동기 기초 설계 Flow 정립

- 집중정수회로법을 이용한 회로정수 산출 및 실험계획법을 이용한 설계변수 민감도 분석

- 전동기 d/q 등가회로 모델링 및 해석 기술 개발

○ 산업용 PMSM 열/손실 분포 해석 기술개발

- 전동기 열손실 계수 추출 및 열등가회로 모델링

- 유한요소/등가열저항법을 이용한 열해석 기법연구

- 실험치 오차 최소를 위한 전동기 온도 상승 시험기법 연구

○ 소형/고효율화를 위한 다중설계변수를 고려한 세부형상 최적화 설계기술 개발

- 다중 설계변수를 고려한 최적화 알고리즘 개발

- 고출력, 토크리플 저감화를 위한 고점적 권선 및 코어형상 최적설계 기술 개발

- 릴럭턴스 토크 최대화를 위한 돌극비 최대화(Multi Layer) 설계 기술 개발

- 영구자석(온도, 역자계) 감자특성을 고려한 설계기술 개발

○ 저가격 산업용 PMSM 인버터 설계 기술

- Gate drive circuit 기술 및 스위칭 손실 저감을 위한 PWM 방식 연구

- 노이즈에 강인한 회로설계 및 손실 분포 분석

- 저소비 전력전원 회로 연구 및 모듈 냉각 구조 설계

- 시스템 보호회로 최적 설계 개발

○ Building block 기반의 인버터 프로그래밍 기반 구축

- 모터 구동 제어 알고리즘 분석 및 제어환경 구축

- 최대출력 / 최대효율 / 약자속 인버터제어 알고리즘 Building block화 기술

- 파라미터 추정을 통한 Gain Tuning 기술 개발

○ PMSM 제반특성 평가/시험 기술

2.3 세부과제 3

세부 과제명

산업용 저속 고토크 DD전동기 기술개발

1. 연구과제의 목표

총괄 과제와의

연관성

○ 세계 전동기 기술의 발전추세는 Green화로 가고 있음

- 고속화, 고효율화, 고토크화

○ DD전동기는 차세대 산업용 Green 전동기 플랫폼 기술 중 고토크화 기술에 해당

○ DD전동기는 기어를 사용하지 않으므로 유지보수성 향상, 청정화를 달성할 수 있는 기술임

핵심기술

목표항목

성능지표	현재기술수준비교		기술개발 목표
	국내	세계최고수준 (Yaskawa/일본)	1단계 (2012년)	2단계 (2014년)
극수/회전수 [RPM]	N/A	24/300	24/300	24/240
출력[KW]	N/A	11	11	11
연속토크 [N·m]	N/A	290	290	387
분해능 [ppr]	4,164,304	4,720,000	4,720,000	7,200,000
효율[%]	N/A (1KW급 50%)	85	85	88

2. 세부 연구과제의 주요내용

토크 최대화 설계 기술개발

CAE기반 다극 전동기 해석 및 설계기술 개발

영구자석 부분감자 회피 설계기술

효율 최대화 설계

손실해석 및 손실분리 기술

동손 최소화 기술(슬롯면적 최대화 , 엔드코일 최소화)

열방사 구조 설계연구

전자계+열 연계해석을 기초로 한 열방사 최적구조 도출

열감자 회피기술

저속 고토크 제어기술

센싱기술

합성토크 (릴럭턴스 토크+ 마그네틱 토크 ) 최대화 제어기술

시험평가 기술

전동기의 속도-토크-효율, 정밀도, 반복능과 같은 전기적 기계적 성능평가 기술개발

전동기를 응용한 시스템 단위의 통합 성능평가 기술개발

DD전동기 설계 및 컨버터&제어알고리즘 플랫폼 기술화

DD전동기의 개발기술을 포함한 전용 설계프로그램 개발/보급 및 교육 시스템 완성

DD전동기용 저가격/고효율의 컨버터 Topology개발/공유 및 제어알고리즘 매뉴얼화