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Nikkei X-TECH_2021.10.18

선박에도 '탈엔진'
야마하발 전동 기술, 저속 특화 전동추진시스템 용도를 모색

“탈엔진 기운이 마린 업계에서도 강해지고 있다. 자동차 업계와 마찬가지로 유럽을 중심으로 규제 강화 논의가 활발해졌다. 이미 특정 지역에 대한 엔진선 진입을 제한하려는 움직임도 있는 것 같다”.

발언의 주인공은 야마하발동기 마린선행개발부의 프로젝트 리더 마에지마(前島) 씨다. 야마하발동기가 22년 봄에 유럽에서 판매를 시작하는, 전동 차세대 조종 시스템 ‘HARMO’의 개발자이다.

야마하발동기에 이번 취재를 부탁한 계기는 개인적인 흥미 때문이다. 필자는 취미로 배를 빌려서 낚시를 하러 가곤 했다. HARMO를 낚시에 이용할 수 있을 것 같다는 생각에 확인하지 않고는 배길 수가 없었다.

HARMO의 특징은 높은 정숙성과 조작성이다. ‘모터 구동을 통해 물고기에게 주는 부담을 줄이고, 이것이 낚시 성과로 이어지는 것은 아닌가’하는 생각을 했다.

HARMO의 설명 자료에는 “2축선의 경우는 조이스틱을 옆으로 눕히기만 하면 옆 방향으로 이동이 가능하기 때문에 어려운 정박∙출항 등을 지원한다”라고도 설명하고 있다. 바다에 자주 나갈 수 없기 때문에 필자의 배 조종 기술은 좀처럼 진보하지 않는다. “서투른 정박∙출항을 기술의 힘을 빌려 극복할 수 있으면 좋겠다”라는 희미한 기대를 걸었다.

-- 천천히 순행하는 용도에 특화 --
그런 망상과 기대를 담아 취재 첫머리에 “HARMO의 용도로서 낚시는 어떻습니까?”라고 솔직하게 물어보았다.

“낚시요? 항구에서 가까운 얕은 강이나 호수 등 경우에 따라서는 사용할 수 있을지도 모르겠네요”. 마에지마 씨의 대답은 개운치 않다. 아무래도 아닌 것 같다.

이유는 HARMO가 바다 위를 고속으로 다니는 용도로는 적합하지 않기 때문이다. 배의 크기와 모양 등에 따라 다르지만 HARMO를 탑재한 배의 최고 속도는 10km/h 정도로 느리다. 확실히 여러 포인트를 도는 낚시 용도로는 사용하기 어렵다. 마에지마 씨의 설명에 납득하면서도 기사 플랜이 무너지고 있는 것에 초조함을 느꼈다. 평정을 유지하는 척하면서 다른 단초를 찾아보기로 했다.

그러나 마에지마 씨의 “천천히 순행하는 용도로 특화했다”라는 발언이 신경이 쓰였다. 야마하발동기의 신형 전동 시스템이 활약할 수 있는 장면은 어디일까?

이에 대해 묻자, 야마하발동기가 가장 기대하고 있는 것은 운하나 수로 등을 오가는 관광선이라고 한다. 유럽의 운하 등에서 볼 수 있는 거주용 보트 ‘하우스 보트’의 추진 유닛으로서의 수요도 있는 것 같다. 야마하발동기는 유럽에서 개최되는 마린 관련 전시회나 보트쇼에서 HARMO의 시작기를 참고 출전해, 틈새 시장인 저속 특화 전동추진시스템 용도를 모색해 왔다.

개발을 시작한 것은 11년 무렵이다. 엔진을 많이 사용하는 선박 업계 안에서 위축도 되었지만 “3~4년 전부터 선박 업계에서도 전동화의 물결을 느끼게 되었다”(마에지마 씨). 유럽을 중심으로 한 탈엔진이나 탄소중립의 기운이 선박 업계에도 밀려오게 되었다.

개인적인 관심에서 시작한 취재였지만 자동차 분야를 담당하는 필자의 수비 범위와 연결됐다. 그래서 조심스럽게 HARMO의 기술적인 특징을 물어보기로 했다.

-- 구동 부분을 모두 물 속에 --
HARMO는 모터 구동 방식에 독자성이 있다. ‘림 구동 방식’이라고 이름 붙인 것으로, 프로펠러의 림부(가장자리)에 탑재한 모터를 통해 프로펠러를 구동한다. 정확하게는 바깥쪽 림부에 코일을 배치해 스테이터(고정자)로 한다. 내부 프로펠러 측에 자석을 탑재해 로터(회전자)로 하였다.

일반적인 선외기는 엔진을 물 위에 배치하고, 그 회전 운동을 감속기어나 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트 등을 통해 수중 프로펠러에 전달한다. 이 때문에 엔진 회전이나 기어 편직 등으로 소음과 진동이 발생한다. 한편의 림 구동 방식에는 기어가 없고, 소음원이 될 수 있는 모터는 수중에 배치하기 때문에 압도적으로 조용하다.

게다가 프로펠러를 “가장자리(림)에서 회전시키기 때문에, 특히 저속으로 강한 추진력을 내기 쉽다”(마에지마 씨). 엔진 선외기에서는 프로펠러 중심부에 통과시킨 프로펠러 샤프트를 돌리기 때문에 저속으로 큰 토크를 내기 힘들었다.

림 구동 방식에도 단점은 있다. 림부가 저항이 된다는 점이다. 특히 고속일 때는 림부에 큰 수압이 가해져 추진력이 손실된다. 이 때문에 야마하발동기는 이 방식을 저속 특화로 하였다.

10여 년에 걸친 개발 가운데 특히 힘들었던 것은 림 구동의 방수성 확보였다. 모터 전체를 물 속에 가라앉히는 구조이기 때문에 로터나 스테이터와 같은 전기 부품을 수지로 몰딩할 필요가 있다.

수지에 균열이 생기면 바닷물 때문에 금세 녹슬어 고장이 난다. 다만 몰딩을 너무 두껍게 하면 로터와 스테이터의 거리가 멀어져 모터의 효율이 떨어진다. “이 때문에 수밀성과 내구성을 확보하면서 몰딩을 얇게 하기 위한 시행착오를 반복했다”(마에지마 씨). 그 결과 로터와 스테이터의 틈을 수mm까지 짧게 만들었다고 한다.

-- 다음 전개는 마린판 CASE --
림 구동 방식의 전동추진시스템에 조합시키는 배터리는 전압 48V의 납축 배터리이다. 배터리의 질량이나 배에 대한 탑재성을 생각하면, 리튬이온 배터리가 좋지 않을까라고 생각할 수 있지만 그렇지 않은 것 같다. 마에지마 씨는 “오히려 납축 배터리가 좋다”라고 말한다.

유럽에서 발매하기에 앞서 실시하고 있는, 홋카이도 오타루운하에서의 실증 운항이 가장 확실한 증거다. 이 실증에서는 길이 9.8m로 최대 정원 46명인 배에 림 구동 방식의 추진시스템을 2기 탑재했다.

그리고 조합한 납축 배터리의 질량은 500kg에 달한다. 사실 이 배터리가 배를 안정시키는데 한몫하고 있다. 실증에 사용하는 배는 원래 21마력의 엔진을 단 것으로, 안정용 추로 납 잉곳(ingot)을 1,000kg이나 숨겨놓았다고 한다. 이 때문에 납축 배터리는 큰 문제 없이 탑재할 수 있었던 것이다.

“HARMO는 자동 조종 시스템과의 친화성이 높다. 마린판 CASE(커넥티드, 자율주행, 공유&서비스, 전동화)의 대처를 가속시켜 나가고 싶다”. 약 10년의 개발을 거쳐 실용화에 도달한 지금, 마에지마 씨는 다음 전개를 생각하고 있다. 저속 특화의 전동추진시스템의 항해는 계속된다.

 -- 끝 --

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