관리번호		2021-패키지-자동차-04			과제유형	■ 통합형 □ 병렬형 □ 일반형
산업기술분류1		대분류	기계소재		중분류	자동차 철도차량	소분류	엔진 및 동력전달장치
산업기술분류2		대분류	기계소재		중분류	금속재료	소분류	기능재료
융합분류		■ 산업고도화형 □ 사회문제해결형 □ 신산업창출형 □ 해당없음
해당여부		□ 표준연계 □ 해외연계 ■ 특허연계 □ 안전과제
		□ 경쟁형R&D □ 복수형R&D ■ 대형통합형
과제명	총괄	전기차 구동장치용 고속 고정밀 베어링 소재 및 부품기술 개발
	1세부	전기차 구동장치 고속 베어링용 내외륜 및 전동체 소재/제조기술 개발
	2세부	전기차용 20,000RPM P5급 고정밀 베어링 설계 및 제조기술 개발
	3세부	전기차용 고속 베어링 평가/검증 및 시스템 적용기술 개발
1. 개요 및 필요성
ㅇ (개요) 전기차 구동시스템의 고속화 및 고출력화 추세에 따라 구동 모터/감(변)속기용 고속 정밀 베어링의 소재·부품 기술을 확보하고, 이를 전기차의 구동장치에 적용하기 위한 기술 ㅇ (필요성) 현재 일본(NSK, NTN), 독일(Schaeffler) 등 해외에 의존하고 있는 전기차용 고속베어링 독자기술을 확보하여, 전기차 구동장치에 적용할 수 있도록 고정밀 베어링 소재 및 핵심 설계/제작기술의 경쟁력 확보 절실 * 구동모터는 약 11,000rpm 수준에서 16,000∼20,000rpm까지 고속화가 추진되고 있으며, 구동모터용 베어링 수입 비중이 대일 베어링 수입 비중의 약 33%를 차지함 - 구동장치에 적용된 고정밀 베어링의 신뢰성 확보하기 위해 평가/검증 모드 및 시험장치 관련 기술경쟁력 강화 필요성 대두 ㅇ (기대효과) 국내 전기차의 구동장치에 적용할 수 있는 고속베어링의 핵심기술을 확보함으로써 부품업체의 기술경쟁력 확보와 해외 수입 대체 가능 - 고속 고정밀 베어링의 국산화로 구동장치에 적용되고 있는 연간 660억원 규모 수입 대체 및 고성능 전기차, 상용차 및 특수 차량 등으로 확대 적용 가능
2. 연구목표
ㅇ 최종목표 : 전기차 고속 구동장치용 고정밀 베어링 소재 및 부품기술 개발 (TRL : [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계) - 전기차 구동장치 고속 베어링용 내외륜 소재 및 전동체 소재/제조기술 개발 ·고속주행에 적합한 내마모성, 고청정 베어링강(SUJ2-SP) 소재 개발 ·세라믹 조밀화를 통한 G5급 이상의 정밀 세라믹 볼 소재/제조기술 개발 - 전기차용 고속 고정밀 베어링 설계 및 제조기술 개발 ·P5급 이상 정밀 고속 볼 베어링 최적 설계 및 제조기술 개발 ·윤활, 강성 등을 고려한 엔지니어링 플라스틱 기반 케이지 설계 및 제작기술 개발 - 고속베어링 평가/검증 및 시스템 적용기술 개발 ·고속베어링 적용 구동장치 시제품 설계 및 제작, 성능 평가 ·신뢰성 확보를 위한 고속베어링 적용 시스템의 평가 모드 및 장비 개발 ㅇ 역할 및 기능 - 세부과제 종합관리 및 사업추진방향 조정 - 연구개발을 통해 획득된 유무형의 성과물관리, 사업화 전략 수립지원 - 사업성과(실적)관리 및 총괄 운영 등
3. 지원기간/예산/추진체계
ㅇ 개발기간 : 45개월 내외 (1차년도 : 9개월 내외, 2~4차년도 : 12개월) ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 135억원 내외(1차년도: 27억원 내외, 2~4차년도: 36억원 내외) - 총괄주관 사업비 : 총 정부출연금 0.8억원 내외 (1~4차년도 : 0.2억원 내외) ㅇ 주관기관 : 중소‧중견기업 ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수

관리번호

2021-패키지-자동차-04-01

사업구분

소재부품패키지형

산업기술분류1

대분류

기계소재

중분류

자동차 철도차량

소분류

엔진 및 동력전달장치

산업기술분류2

대분류

기계소재

중분류

금속재료

소분류

기능재료

해당여부

□ 표준연계     □ 해외연계     ■ 특허연계     □ 안전과제

□ 경쟁형R&D          □ 복수형R&D            ■ 대형통합형

총괄과제명

전기차 구동장치용 고속 고정밀 베어링 소재 및 부품기술 개발

세부과제명

(1세부) 전기차 구동장치 고속 베어링용 내외륜 및 전동체 소재/제조기술 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 전기차용 고속/고정밀 베어링은 고성능, 고속화된 구동 모터 및 감속기에 적용되는 요소부품으로 피로강도, 경도, 내마모성, 치수안정성 및 기계적 강도 확보가 중요한 부품

- 이를 위해 내마모성, 고청정 내외륜 원소재 및 고속 회전에 적합한 정밀급 세라믹 볼 전동체 제조기술 확보 필수

ㅇ (필요성) 고속/고정밀 베어링에 적용되는 볼베어링 원소재의 해외 의존도를 탈피하기 위해 베어링 강 및 세라믹 소재를 개발하고, 세라믹 볼 전동체, 내외륜 부품 개발에 적용함으로써 독자적 기술경쟁력 확보 필요

- 전기차에 적용하고 있는 고속/고정밀 베어링은 차량 개발 단계에서부터 해외 선진업체와 협력하여 기술개발을 추진하고 있는 상황

ㅇ (기대효과) 내마모성을 확보한 고청정 베어링강 원소재 및 세라믹 볼 전동체 기술을 확보함으로써 고속, 고성능 전기차 뿐만 아니라 수송기계, 공작기계, 항공분야에까지 확대 적용이 가능할 것으로 기대

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 전기차 고속 구동장치용 고정밀 베어링 소재 및 제조기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 고속운전에 적합한 내마모성, 고청정 베어링강(SUJ2-SP) 소재 기술 개발

·고속베어링 요구 성능 만족 고청정 베어링강 소재 기술 개발

- 세라믹 조밀화를 통한 G5급 이상의 정밀 세라믹 볼 소재 및 제조 기술

·물리적 특성 확보를 위한 세라믹 볼 소재기술 개발

·고속회전이 가능한 세라믹 볼 연마 등 제조기술 개발

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	세라믹 볼 베어링	급	G5	-	G5 (일본, NSK)
2	세라믹 전동체 압쇄력	kgf	800kgf	560kgf	800kgf (일본, Tsubaki)
3	베어링강 경도	HRC	60	-	60 (일본, NSK)
4	베어링강 고청정도(Oxygen)	%	0.0005이하	0.0008	0.0005 이하
5	베어링강 비금속 게재물(P, S)	%	0.003이하	0.008	0.003

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 개발기간 : 45개월 내외  (1차년도 개발기간 : 9개월, 2~4차년도 개발기간 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 40.1억원 내외(1차년도 : 8억원 내외, 2~4차년도 : 10.7억원 내외)

ㅇ 주관기관 : 중소‧중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2021-패키지-자동차-04-02

사업구분

소재부품패키지형

산업기술분류1

대분류

기계소재

중분류

자동차 철도차량

소분류

엔진 및 동력전달장치

산업기술분류2

대분류

기계소재

중분류

금속재료

소분류

기능재료

해당여부

□ 표준연계     □ 해외연계     ■ 특허연계     □ 안전과제

□ 경쟁형R&D          □ 복수형R&D            ■ 대형통합형

총괄과제명

전기차 구동장치용 고속 고정밀 베어링 소재 및 부품기술 개발

세부과제명

(2세부) 전기차용 20,000RPM P5급 고정밀 베어링 설계 및 제조기술 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 고속 전기차의 구동장치에 적용되는 고속 정밀 베어링은 20,000rpm이상의 회전이 가능한 베어링으로, 고속 회전에 적합한 엔지니어링 플라스틱 케이지와 세라믹 볼을 적용한 P5급 이상의 고속/고정밀 베어링 등을 적용한 부품

ㅇ (필요성) 현재 개발 진행 중인 전기차 신규 플랫폼의 구동모터 속도는 15,000~ 20,000rpm이상으로 고속화를 추진 중

- 구동장치 회전체의 핵심부품인 고속 볼 베어링은 일본 업체가 개발 단계에서부터 국내 자동차 시장을 선점하고 있어 고속 정밀 베어링의 국산화 기술개발 시급

- 테슬라(16,000rpm)와 포르세(15,000rpm, 타이칸)는 고속 모터를 적용한 차량 출시

- 구동장치용 고정밀 볼 베어링 시장은 일본(NSK, NTN), 독일(Schaeffler)등의 선진업체에서 기술 및 시장을 독점하고 있어 차량용 고속 베어링의 독자적 원천기술  확보 필요

ㅇ (기대효과) 전기차는 2019년 2백만 대를 넘어섰으며, 2030년 2,600만대 생산으로 28% 이상 성장할 것으로 예측되어(출처: 불룸버그) 전기차의 구동장치에 활용되는 고속베어링의 시장은 확대될 것으로 전망

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 20,000RPM 이상 P5급 전기차용 고정밀 베어링 설계 및 제조기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 고속 정밀 베어링(P5급 이상) 및 핵심부품의 설계 및 제조기술 개발

·발열, 진동 특성을 고려한 최적 설계 및 제조기술

- 고속 회전을 고려한 내/외륜 초정밀 가공, 특수열처리 및 표면처리 기술 개발

- 고전압 모터 대응 전식(電蝕) 방지 기술 개발

- 고회전을 고려한 엔지니어링 플라스틱 기반 케이지 설계 및 제작 기술 개발

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	치수 정밀도	ISO	P5급	P6급	P5급 (일본/NSK)
2	베어링 Torque (6,000rpm)	Nm	0.2	0.3	0.2 (일본/NSK)
3	허용 회전수	rpm	20,000 이상	15,000	19,000 (일본/NSK)
4	표면 거칠기	㎛Ra	0.015	0.06	0.015 (일본/NSK)

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 개발기간 : 45개월 내외 (1차년도 : 9개월 내외, 2~4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 49.1억원 내외 (1차년도 : 9.8억원 내외, 2~4차년도 : 13.1억원 내외)

ㅇ 주관기관 : 중소‧중견기업

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수

관리번호

2021-패키지-자동차-04-03

사업구분

소재부품패키지형

산업기술분류1

대분류

기계소재

중분류

자동차 철도차량

소분류

엔진 및 동력전달장치

산업기술분류2

대분류

기계소재

중분류

금속재료

소분류

기능재료

해당여부

□ 표준연계     □ 해외연계     ■ 특허연계     □ 안전과제

□ 경쟁형R&D          □ 복수형R&D            ■ 대형통합형

총괄과제명

전기차 구동장치용 고속 고정밀 베어링 소재 및 부품기술 개발

세부과제명

(3세부) 전기차용 고속베어링 평가/검증 및 시스템 적용기술 개발

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 전기차의 고속 구동장치용으로 개발된 고속/고정밀 베어링의 회전성능, 내구성 등을 검증하기 위해 구동모터-감속기 시스템에 장착하여 신뢰성을 확보하는 기술

ㅇ (필요성) 국내에서는 20,000rpm이상급 구동장치용 고속 볼 베어링과 이의 적용한 시스템의 시험평가 기술 및 시험 장비의 부재로 구동장치의 작동성능 및 신뢰성을 검증할 수 있는 시험모드, 평가장비 등의 기술개발이 필요함

- 현재 전기차 모터 속도인 15,000rpm 이하에서 신뢰성 검증이 가능한 기술은 확보하고 있으나, 20,000rpm이상의 고속에서의 신뢰성 검증 기술 확보가 절실함

- 일본, 유럽 등의 완성차업체는 전기차 고속화를 대비하여 고속베어링 적용 구동장치에 대한 신뢰성 검증이 가능한 시험모드 및 시험 장비 등을 구축하여 세계 시장을 선도하고 있음

* NSK, NTN(일본), Schaeffler(독일), 스웨덴(SKF) 등 베어링 전문업체와 ZF(독일), HORIBA(일본) 등 시험 장비업체가 기술 및 시장을 리드하고 있음

ㅇ (기대효과) 시장조사 전문기관인 블룸버그 예측에 따르면 향후 2040년 전기차 생산이 전체 시장의 58% 이상을 차지할 것으로 전망되며, 이에 따라 고속베어링 검증 및 구동장치의 신뢰성 기술 확보를 통한 국내 구동장치 부품 업체의 기술경쟁력 확보와 해외시장 진출을 통한 시장경쟁력 제고에 기여 기대

2. 연구목표

ㅇ 최종목표 : 전기차용 고속베어링 검증 및 시스템 적용기술 개발

(TRL :  [시작] 5단계 ~ [종료] 7단계)

- 고속베어링 검증을 위한 고속화 대응 구동장치 설계 및 제작

·고속화 대응 설계기술 : 구동모터축, 정밀기어, 윤활 및 냉각, NVH 저감 등

- 고속화 대응 구동부품 및 시스템의 시험평가 기술 개발

· 모터 및 구동 부품의 성능 해석 평가 및 신뢰성 평가 시험모드 개발

- 구동 핵심부품 및 시스템의 성능 평가 모드 검증 장비 개발

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	베어링 내구수명1)	ISO	L10x2배	-	L10x2배 (일본/NSK)
2	시스템 최고속도	rpm	20,000 이상	15,000	19,000(일본, NSK)
3	시스템 효율	%	92	91	92(독일, 쉐플러)
4	기어시스템 내구성능	km	24만 상당	24만	일본, NSK
5	전식 발생	-	미발생	-	일본, NSK

주1) 시스템 장작 상태에서의 베어링 내구 수명

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 개발기간 : 45개월 내외  (1차년도 개발기간 : 9개월, 2~4차년도 개발기간 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 : 총 정부출연금 45억원 내외 (1차년도 : 9억원 내외, 2~4차년도 : 12억원 내외)

ㅇ 주관기관 : 제한없음

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수