초록 ▼

전기추진 선박의 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어 요소기술 개발을 위하여 세계 최초로 전기추진기에 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어를 적용하여 설계 해석부터 (무)부하성능시험, 수조시험 및 실증시험까지 거쳐서 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어가 적용된 전기선외기 개발.
• 동일 체적 대비 고토크를 달성할 수 있는 비접촉 자기 기어 설계와 다양한 자계-기계성능해석 및 최적설계를 통해서 성능평가와 오차 3% 이내의 신뢰성 있는 해석 기술확보
• 다이나모 성능평가 장치를 구축하여 자기 기어의 성능시험 평가를 수행하며, 탈

전기추진 선박의 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어 요소기술 개발을 위하여 세계 최초로 전기추진기에 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어를 적용하여 설계 해석부터 (무)부하성능시험, 수조시험 및 실증시험까지 거쳐서 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어가 적용된 전기선외기 개발.
• 동일 체적 대비 고토크를 달성할 수 있는 비접촉 자기 기어 설계와 다양한 자계-기계성능해석 및 최적설계를 통해서 성능평가와 오차 3% 이내의 신뢰성 있는 해석 기술확보
• 다이나모 성능평가 장치를 구축하여 자기 기어의 성능시험 평가를 수행하며, 탈조토크, 입출력 속도, 토크, 파워, 효율 등을 평가하고 온도, 소음 및 진동을 계측하여 안정성 평가를 수행하고 성능 확인.
• 10마력 미만의 상반회전 프로펠러 상용품이 전무하여 100마력 이상의 상용품을 역설계하여 기하모델을 확보하고 스캐일을 조절하여 3차원 프린터와 5축 가공기술로 저마력급 상반회전 프로펠러 확보
• 간이 수조를 제작하여 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어가 적용된 추진기의 수중방수성능과 구동성능을 확인 및 기능 검증.
• 상용 단일 프로펠러 전기선외기를 개조하여 비접촉 자기기어가 적용된 상반회전 프로펠러 전기추진기를 적용하여 고무보트에 장착하여 불모산 저수지에서 실증 검증.
전기추진 기반의 무인/자율 운항 선박용 상반회전 프로펠러용 비접촉 자기기어 개발을 목표로 함.

(출처 : 초록 3p)

Abstract ▼

Due to the serious environmental pollution problem, the electric propulsion system is rapidly adopted in the shipbuilding field by replacing the conventional mechanical propulsion system with diesel engine. Especially, at the present time when unmanned/autonomous operation functions of ships are req

Due to the serious environmental pollution problem, the electric propulsion system is rapidly adopted in the shipbuilding field by replacing the conventional mechanical propulsion system with diesel engine. Especially, at the present time when unmanned/autonomous operation functions of ships are required, the best system is the electric propulsion system. Among the various efficient propulsion systems, the contra-rotating propeller rotates two propellers coaxially arranged in opposite directions, so that the after propeller can recover the rotational energy loss from the forward propeller, improving about 10% efficiency. Mechanical gears having a complex structure are required to drive the contra-rotating propeller has a great effect of saving fuel but if it is replaced with a non-contact magnetic gear, it can be implemented simply and compactly.

In order to develop a non-contact magnetic gear for a contra-rotating propeller in a high torque form within the same volume, the permanent magnets of the inner and outer rotors were applied in quasi-Halbach array. In addition, various magnetic field-mechanical performance analysis was conducted based on the design details to confirm stability of magnetic gear. Based on this, the structural robustness was confirmed through prototype by applying patent details for achieving robustness and high efficiency. A back-to-back dynamometer was built to evaluate performance of the manufactured prototype. The excellence of its performance was confirmed by completing various performance test evaluations from pull-out torque to (no) load performance evaluation and water tank test.
Unlike mechanical gears, the non-contact magnetic gear has the advantage of withstanding overload, and as a result of comparing the three-dimensional analysis results by performing the measurement and evaluation of the pull-out torque in the back-to-back dynamometer, it was confirmed that the error was within 3% and its reliability was confirmed. In addition, in the case of the high-efficiency target prototype, high efficiency of 99% at 500 rpm and 99% at 2,000 rpm in various operating ranges from low to maximum speed was confirmed. In the case of the contra-rotating propeller, there is no commercial product with less than 10 horsepower, and the geometric model was secured by reverse engineering the contra-rotating propeller for yachts of 100 horsepower or more.
By applying a diameter of 90% compared to a single propeller, it was confirmed that even though the flow rate was 81%, the same propulsion force was generated as a single propeller. Finally, the non-contact magnetic gear with the contra-rotating propeller wasmounted on a rubber boat, and its performance was verified by a demonstration test.
The demonstration test was conducted at the Bulmosan reservoir near the headquarters of the Korea Electrotechnology Research Institute. As a result, it was confirmed that the development was successfully carried out by confirming that the same speed (4.8 knots) was generated as a single propeller even though the flow rate was 81% by applying a front propeller diameter of 90% compared to a single propeller.

While carrying out the project, a total of 4 domestic patents were applied, 3 technologies transferred to other company, a total of 6 best paper awards from major domestic conference were awarded. 3 international journal papers (SCI (including the top 1% of the 2 journals)/SCIE (1)) were published.

This project is expected to utilize the next major project of “Development of a smart propulsion for contra-rotating propeller for azimuth thruster” by using the non-contact magnetic gear for the contra-rotating propeller. In addition, we plan to develop electric motor and inverter for propulsion, and develop obstacle avoidance and cooperative autonomous navigation control functions by upgrading and utilizing the HILS produced in the project of “Smart control technology for multi-domestic electric propulsion ships”.
It is planned to upgrade the level of driving control using autonomous/unmanned operation control.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 8
• 목차 ... 12
• 표목차 ... 14
• 그림목차 ... 15
• 제 1 장. 연구개발과제의 개요 ... 18
• 1 절. 연구개발의 목적 ... 18
• 2 절. 연구개발의 필요성 ... 18
• 3 절. 연구개발의 범위 ... 18
• 제 2 장. 국내외 기술개발 현황 ... 21
• 1 절. 국내 기술의 수준 및 시장 동향 ... 21
• 1. 전기추진 모듈 ... 21
• 2. 전기추진 선박 기술 분야 ... 25
• 3. 시장 및 정책 동향 ... 25
• 2 절. 국외 기술의 수준 및 시장 동향 ... 27
• 1. 전기추진 모듈 ... 27
• 2. 전기추진 선박 기술 분야 ... 28
• 3. 시장동향 ... 32
• 3 절. 관련 지식재산권 현황 ... 36
• 1. 자기기어 특허 현황 분석 ... 36
• 2. 전기추진스마트 선박 관련 특허 현황 분석 ... 37
• 3. 회피전략 ... 39
• 제 3 장. 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 40
• 1 절. 비접촉 자기기어 성능해석 및 성능평가 ... 40
• 1. 비접촉 자기기어 성능해석 ... 40
• 2. 비접촉 자기기어 성능시험 평가 검증 ... 40
• 3. Model 1 (SPM(Surface mounted Permanent Magnet), 홀수 폴피스)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 41
• 4. Model 2 (Quasi-Halbach, 홀수 폴피스)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 47
• 5. Model 2-1(Quasi-Halbach, 홀수 폴피스, 자석증대모델)의 성능해석 결과 및 성능 시험 평가 ... 53
• 6. Model 2-2(Quasi-Halbach, 홀수 폴피스, 자석증대 및 구조개선 모델)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 58
• 7. Model 3(SPM, 짝수 폴피스)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 63
• 8. 고무보트용 자기기어(R300, Quasi-Halbach, 짝수 폴피스 비자성 복합재료 구조체)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 69
• 9. 고무보트용 자기기어(R300, Quasi-Halbach, 짝수 폴피스 SUS 구조체)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 78
• 10. 고무보트용 자기기어 개선모델(R200, Quasi-Halbach, 짝수 폴피스 비자성 복합재료 구조체)의 성능해석 결과 및 성능시험 평가 ... 83
• 제 4 장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 88
• 1 절. 목표달성도 ... 88
• 1. 추진체계 ... 88
• 2. 1차년도 기술적 성과 ... 89
• 3. 2차년도 기술적 성과 ... 90
• 4. 3차년도 기술적 성과 ... 92
• 2 절. 사회·경제적 성과 ... 95
• 1. 경제적 성과 ... 95
• 2. 사회적 성과 ... 96
• 3 절. 국가발전의 기여도 ... 97
• 제 5 장. 연구개발결과의 활용계획 ... 98
• 1 절. 추가연구의 필요성 ... 98
• 2 절. 타 연구에의 응용 ... 98
• 3 절. 기업화 추진방안 ... 98
• 제 6 장. 참고문헌 ... 99
• 끝페이지 ... 102