기계硏, 세계 최고 기술 '자기베어링' 상용화 박차

한국기계연구원이 개발한 세계 최고 기술 중 하나인 '자기베어링' 조립품./사진제공=기계硏

한국기계연구원의 대표적인 세계 최고 연구 성과 중 하나로 꼽히고 있는 '자기베어링(magnetic bearing)' 기술이 중소기업에 기술이전 돼 상용화를 눈앞에 두고 있다.


한국기계연구원은 최근 2건의 특허를 기술현물 출자하고 에스티에이가 현금 출자하는 방식으로 연구소 기업인 마그네타을 설립, 지난 1월부터 본격 가동에 들어갔다고 22일 밝혔다.

베어링은 공작기계의 주축·자동차의 구동축 등 모든 기계류의 회전운동을 가능케 하는 핵심적인 기계부품으로 ‘기계의 쌀’로 불린다. 2016년에는 시장 규모 전망치가 950억 달러에 달할 정도로 급속히 성장하고 있다. 최근에는 베어링에 윤활유를 사용하지 않으면서도 초고속 회전이 가능해 고부가가치 회전기계 제품에 적용할 수 있는 자기베어링이 주목받고 있다. 기계의 진동 및 소음은 물론 마모·마찰 등이 없고 반영구적 것이 장점이다.

한국기계연구원이 개발한 '자기베어링(축방향 착자 링형 영구자석 방식)'과 기존 유사기술들과의 장.단점 비교도./자료제공=기계硏

연구원 내 첨단생산장비연구본부 로봇메카트로닉스연구실 박철훈 박사 연구팀은 축방향과 반경방향의 부하지지용량을 보장하면서 초고속회전속도를 가능케 하는 하이브리드 자기베어링 기술을 개발했다. 연구팀은 이 기술을 고속스핀들업체 에스티에이에 기술 이전했다.

이 기술은 미국·유럽 등 선진국들이 보유한 유사기술이 지니고 있는 복잡한 구조와 늘어난 로터의 길이로 회전속도를 높이는데 장애가 되는 단점을 없앴다. 즉, 반경방향 자기베어링에 영구자석과 전자석·보조베어링을 일체화시킨 ‘축방향 착자 링형 영구자석’ 방식으로 로터의 길이를 최소화했다.


이를 통해 베어링 내경 50㎜, 회전속도 10만 rpm의 세계 최고 회전선 속도 자기베어링의 설계·제작 기술을 보유하며 경쟁력을 높이고 있는 것. 특히 제작비용은 절감하고 단순한 구조로 조립은 쉽게 하면서도 축방향 부하지지용량은 극대화한 것은 기계연만의 독자기술이라는 것이 연구진의 설명이다.

마그네타에서는 △용량별 자기베어링 및 제어기 모델 라인업 구성 및 단품판매 △자기베어링 및 회전기계의 상태·성능 모니터링을 위한 소프트웨어 판매와 더불어, △자기베어링을 적용한 고부가가치 산업기계 및 연구장비의 직접 개발과 수요업체 맞춤형 개발 엔지니어링 등을 통해 자기베어링의 국내 및 해외시장을 확대해 나간다는 계획이다.

박철훈 박사는 “시장이 커질 것으로 예상하는 만큼 연구원의 앞선 기술력을 바탕으로 연구소 기업과 협력해 시급히 사업화를 추진해 세계 시장을 선점하기 위해 노력할 것”이라고 말했다.

세계 여러 연구소 및 기업들은 초고속 공작기계 스핀들, 터보 컴프레서, 터보 블로워, 터보분자펌프, 초원심분리기, 플라이휠 에너지 저장장치 등과 같은 자기베어링 기술이 적용된 고부가가치 회전기계를 활발히 개발해 상품화하는 추세다.