‘비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러’를 개발한 한국전기연구원 홍도관 박사./전기연구원/

전기연구원은 전동력시스템연구센터 홍도관 박사팀이 선박과 항공기 추진 효율을 10% 이상 향상시킬 수 있는 ‘비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러’ 기술을 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

서로 반대로 회전하는 2개의 프로펠러가 축 방향으로 배치된 ‘상반회전 프로펠러’는 전방 프로펠러에서 나온 회전 에너지를 후방 프로펠러가 반대 방향으로 회전하면서 회수 및 재활용하는 방식이다. 추진 효율이 높고 에너지 절감 효과까지 기대할 수 있어 국내외서 많은 연구가 이뤄지고 있지만, 프로펠러에 동력을 전달하는 기계식 기어의 마찰로 인한 열·소음·진동과 함께 마모·냉각을 위한 윤활유 공급 등 유지보수는 단점으로 꼽힌다.

이에 홍도관 박사팀이 대안으로 제시한 게 ‘비접촉 마그네틱 기어’다. 자석의 N극과 S극이 서로 밀고 당기는 힘을 활용해 기어 부품들의 접촉 없이 동력을 전달해 상반회전 프로펠러의 추진력을 만들어 낼 수 있는 게 특징이다. 홍 박사팀은 이런 점을 염두에 두고 비접촉 마그네틱 기어를 수중이나 항공 추진체에 적용했다.

전기연은 “세계 처음으로 시도되는 연구다 보니 지난 3년여 기간 동안 많은 시행착오가 있었다. 하지만 꾸준한 노력으로 부품의 조합 및 설계, 전기-기계 간 성능해석, 시제품 제작 및 성능시험 평가 등의 난관을 차례로 통과했다”고 전했다.

최근에는 전기연 창원본원 인근의 저수지에서 비접촉 마그네틱 기어의 최대 효율 99%를 달성하는 수중 추진기의 실증 테스트까지도 완료했다. 비접촉 마그네틱 기어가 활용된 상반회전 프로펠러는 장점이 매우 크다는 평가다. 높은 추진 효율성과 연료비 절감 효과는 물론, 비접촉 자석의 힘을 활용하기 때문에 소음과 진동도 거의 없다. 이 장점은 특히 국방 분야에서 크게 주목 받을 것으로 박사팀은 보고 있다.

홍도관 박사는 “기존 방식인 ‘전동기+단일 프로펠러’를 뛰어넘는 것이 ‘전동기+복잡한 기계식 기어+상반회전 프로펠러’인데, 우리 성과는 여기서도 한 단계 더 나아가 기계식 기어를 대체하는 비접촉 마그네틱 기어를 적용한 세계 최초의 시도다”라며 “수중용·항공용을 넘어 다양한 모빌리티 분야에 비접촉 마그네틱 동력 전달 기술이 확대·적용될 수 있도록 연구개발에 힘쓰겠다”고 말했다. 전기연은 이번 성과가 국방(저소음 어뢰 개발 등), 산업(공작기계 자동화 등), 모빌리티(선박·항공·자동차) 등에서 활용될 것으로 보고, 관련 기업으로의 기술이전을 통해 사업화에 나선다는 계획이다. 김정민 기자