IHI 코퍼레이션(IHI Corporation)은 1월 12일 여러 파트너와 함께 제트 엔진 테일콘(Jet Engine Tail Cone) 내부에 장착된 세계 최초 1메가와트급 전기 모터(Electric Motor)를 공동으로 개발했다고 발표했다.

이 성과는 IHI의 '항공기 및 추진 위한 전기 구조 개선(More Electric Architecture for Aircraft and Propulsion, MEAAP) 프로젝트'의 일부다. 이러한 기술 혁신 이니셔티브는 엔진을 포함한 항공기 시스템의 전반적인 에너지 관리를 최적화해 이산화탄소 배출량을 줄이는 것을 목표로 한다.

IHI는 일본 신에너지 산업기술 종합개발 기구(New Energy and Industrial Technology Development Organization, NEDO)의 '실용화를 위한 첨단 항공기 시스템 연구 개발 프로젝트(Research and Development of Advanced Aircraft Systems for Practical Application Project)에 따라, 첨단 전기 추진 시스템(Advanced Electric Propulsion Systems)과 전기 하이브리드 시스템에 대한 연구 개발의 일환으로 이 모터를 개발했다.

유엔(UN)의 국제민간항공기구(International Civil Aviation Organization)는 2050년까지 여객기의 이산화탄소 배출량 제로(Zero Carbon Dioxide Emissions)을 목표로 하고 있지만, 전 세계 여객기 및 항공기는 여행 수요 증가에 따라 향후 20년 동안 두 배로 증가될 것으로 예상된다. 기존 기술을 개선하는 동시에 안전과 경제성을 유지하고, 보다 친환경적으로 제조할 수 있는 항공기 시스템을 혁신하는 것이 중요하다.

MEAAP 프로젝트는 항공기의 전기화할 뿐 아니라 연료 효율성을 크게 향상하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 통해 복잡한 기존 유압 등 기타 시스템에서 벗어나 설계의 자유도와 유지보수성을 높이고 무게를 줄일 수 있다. IHI는 MEAAP 목표 달성을 위해 국내외 파트너와 다양한 R&D를 진행하고 있다.

IHI의 새로운 엔진 내장형 전기모터는 항공기에 전력을 공급할 수 있으며, 전 세계적으로 연구되고 있는 하이브리드 전기추진 시스템의 핵심 기술로서 활용될 수 있다.

IHI는 2020년 3월 250㎾급 엔진 내장형 전기모터를 개발해 현재 운항 중인 여객기에 가장 큰 발전기 용량을 제공했다. 당시 300℃ 내열 절연 코팅을 적용한 고밀도 몰딩 코일 기술(High Density Molded Coil Technology)을 개발했다. 또한, 제트엔진 R&D 부문에서 개발한 열, 유체, 구조 기술 등을 활용한 배기열 시스템 기술을 선보였다. 특히, 이러한 발전 메커니즘을 개선해 1㎿ 이상의 전력을 공급할 수 있는 전기모터를 개발해 효율성을 향상했다.

IHI는 아키타대학교 전기건축공동연구소(Akita University Joint Research Center for Electric Architecture)에서 신형 모터에 대한 평가를 실시했으며, 이는 일본 최대 규모다. 이를 통해 엔진축을 테일콘 내부에 직접 연결할 시 1분당 예상 회전수를 달성할 수 있음을 확인했다.

IHI 관계자는 "항공기 전기화를 위해 하이브리드 전기 추진 시스템을 지속 개발하고, 10년 내로 엔진 내장 전기 모터를 시연할 계획"이라며 "항공기 추진을 위한 고출력 전기 모터, 전기 터보 압축기, 고유속 플라스틱 자석 로터, 전기 수소 터보 블로워 등을 결합해 미래를 위한 하이브리드 전기 추진 시스템과 항공기 시스템 등 다양한 시스템을 전기화하고 최적화할 예정"이라고 밝혔다.

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IHI Brings Planet Closer to a Carbon-Free Future by Developing World’s First Aircraft Engine-Embedded Megawatt-Class Electric Motor

TOKYO--IHI Corporation (TOKYO: 7013) announces today it and several domestic partners jointly developed the world’s first one-megawatt-class (see note 1) electric motor (note 2) mounted inside a jet engine tail cone (note 3). This achievement is one fruit of the company’s More Electric Architecture for Aircraft and Propulsion (MEAAP) project. This technological innovation initiative aims to optimize the overall energy management of aircraft systems, including engines, to help cut their carbon dioxide emissions.

IHI developed this motor as part of R&D into advanced electric propulsion systems and electric hybrid systems under the Research and Development of Advanced Aircraft Systems for Practical Application Project of Japan’s New Energy and Industrial Technology Development Organization.

The global passenger jet fleet should double over the next 20 years on growing travel demand, although the United Nations’ International Civil Aviation Organization targets virtually zero carbon dioxide emissions from these aircraft by 2050. It is accordingly important to improve conventional technologies while innovating aircraft systems that maintain safety and economy and make them more eco-friendly.

The MEAAP project seeks not just to electrify aircraft but also to significantly enhance fuel efficiency by optimizing aircraft systems, including engines, to reuse cabin air, which current designs discharge outside aircraft without using effectively, to cool electrical equipment. This would eliminate the need for complex conventional hydraulic, pneumatic, and other systems, thus boosting design freedom and maintainability while reducing weight. IHI is collaborating with domestic and overseas partners in various R&D efforts to achieve its MEAAP goals.

IHI’s new engine-embedded electric motor could provide power for aircraft and also serve as a key technology in hybrid electric propulsion systems for which R&D is underway around the world.

In March 2020, IHI developed a 250-kilowatt-class engine-embedded electric motor offering the largest generator capacity for currently operating passenger aircraft. At the time, it developed a high-density molded coil technology with a 300°C heat-resistant insulation coating (note 4). It has additionally developed an exhaust heat system technology that taps thermal, fluid, and structural technologies that the company cultivated in jet engine R&D. It has augmented these advances to improve efficiency by overhauling the power generation mechanism to create an electric motor that can deliver more than one megawatt of power. The motor offers output scalability as required.

For its new motor, IHI conducted assessments at the Evaluation Laboratory for Next Generation Motors of the Akita University Joint Research Center for Electric Architecture (note 5). This is the largest such facility in Japan. This work confirmed that the company could attain the anticipated revolutions per minute when connecting the engine shaft directly to the inside of the tail cone.

IHI will keep developing hybrid electric propulsion systems to electrify aircraft, and looks to demonstrate an engine-embedded electric motor during the middle of this decade. By combining a high-power electric motor for aircraft propulsion (note 6), an electric turbo compressor (note 7), a high-flux plastic magnet rotor (note 8), and an electric hydrogen turbo-blower (note 9), which are also under development, IHI will electrify and optimize a range of propulsion systems, including hybrid electric propulsion systems for the future, and aircraft systems overall.

[출처=IHI Corporation(https://www.ihi.co.jp/en/all_news/2023/aeroengine_space_defense/1200552_3529.html) / 2024년 1월 12일]

[번역 = 방호윤 기자]