일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2024.8.20

SkyDrive에 모터 공급하는 다마가와정기
'기전 일체'로 공냉 고출력을 실현

2020년대 후반에 실용화될 예정인, ‘1세대’ eVTOL(전동수직이착륙기)를 구성하는 기간 부품 중에서, 일본 기업이 높은 존재감을 빛내고 있는 것이 모터다. 덴소가 독일 릴리움(Lilium)에, 니덱이 브라질 엠브레어(Embraer) 산하의 미국 Eve Air Mobility에 공급하고 있다.

그리고 국산 eVTOL을 개발하고 있는 SkyDrive(아이치현)로부터 모터를 수주하고 있는 업체는 항공기 부품 대기업인 다마가와정기(나가노현)이다.

정부로부터 ‘아시아 No.1 항공우주 산업 클러스터 형성 특구’로 지정된 나가노현 이다시에 본사를 두고 있는 다마가와정기는 지금까지 미국 보잉이나 유럽 에어버스 등의 민간항공기용으로 모터나 센서 등 여러가지 부품을 공급해 온 실적을 갖고 있다.

다마가와정기는 최근의 항공기 전동화라고 하는 기술 트랜드의 하나로서 eVTOL이나 대형 드론에 주목하고 있다. 2019년 8월에 NEC가 비행 시연을 선보인 eVTOL에는 다마가와정기가 개발한 드론용 고출력 모터가 채택되었다.

다마가와정기는 이미 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)의 선도 연구 프로그램을 통해 2021년 7월까지 항공기의 공조용으로 출력 20kW의 모터를 개발했다. 그리고 2021년도부터 2년간, NEDO의 위탁연구사업 ‘항공기용 선진 시스템 실용화 프로젝트’에서 출력 100kW의 eVTOL 전용 모터를 개발했다.

소형 항공기에 탑재되고 있는 터보프롭 엔진(가스터빈의 축출력으로 프로펠러를 구동해 추진력을 얻는 엔진)의 대체를 노린, 수백 kW 클래스의 모터는 수냉이지만 경량이라는 점을 특히 중시하는 eVTOL 전용으로 공냉 기구를 채택하고 있다.

실제 eVTOL에 탑재되는 모터는 기체의 설계나 사양에 맞게 주문 제작되기 때문에 이 개발품이 그대로 탑재되는 것은 아니다. “개발한 요소 기술의 50% 정도는 사용될 것으로 보고 있다”(다마가와정기 스페이스트로닉스연구소의 구보타(久保田) 씨).

-- 모터부와 인버터부를 통합 --
이번에 NEDO의 위탁연구사업에서 개발한 100kW 모터의 주요 사양은 이렇다. 정격출력은 53.6kW로, 순간 최대출력이 103.5kW. 치수는 직경 340mm×높이 310mm, 무게는 32kg(목표치). 전체 출력밀도는 3.2kW/kg이며, 모터부의 그것은 약 6kW/kg이다.

“eVTOL에서는 모터를 많이(대부분 8기 이상) 탑재하기 때문에, 고객이 가장 많이 요구하는 것이 경량화이고, 다음은 기체를 띄우기 위해 필요한 출력이다. 또한 모터가 1~2개 정지하는 등 긴급시에 안전하게 착륙할 수 있도록, 모터에는 정격출력이 높은 것과 함께 순식간에 높은 출력을 발휘할 수 있는 것이 요구된다”(구보타 씨).

개발한 모터는, 기존에는 별개로 배치해 배선으로 연결하고 있던 모터부와 인버터부를 세로로 배치해 일체화한 ‘기전(機電) 일체’ 구조가 특징이다. 이렇게 함으로써 구조가 심플해져 경량화할 수 있고, 또한 밀폐를 함으로써 외부로부터 물이 들어오는 것을 막거나 외부로 전자파가 새는 것을 막을 수 있다.

즉, 밀폐를 함으로써 내환경성이 높아지는데, 이는 향후 민간항공기용 장비품으로서 인증을 취득할 때 중요하다고 한다.

한편으로 밀폐를 함으로써 냉각 효율이 떨어지게 된다. 그래서 1개의 외부 팬으로 흡수한 공기를 내부에 통과시켜 전체를 냉각시키는 것 외에, 1개의 내부 팬으로 공기를 순환시켜 냉각하는 기구를 채택했다.

순간 최대 출력으로 약 100kW를 실현할 수 있었던 것은, “자석의 배열이나 코일의 모양, 그리고 코일에서 발생하는 열을 효율적으로 외부에 보내는 아이디어 때문이다”(다마가와정기 다케노(嶽野) 본부장).

신규 개발한 항공기를 운항하기 위해서는 국가(국토교통성 항공국)로부터 안전성과 환경 적합성을 보증하는 감항증명(Airworthiness Certificate)을 취득할 필요가 있다. 거기에 탑재되는 장비품에 대해서도 설계와 제조의 양면에서 인증을 취득해야 한다. 다마가와정기에서는 기체 업체의 감항증명 취득을 위해서 현재는 모터 인증에 필요한 규정이나 요구 조사 등 준비 활동을 진행하고 있다고 한다.

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