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목차

1장 사업의 정의 및 필요성 33

1절 사업의 정의 33

1. 일반적 개념 33

2. 사업의 정의 및 목적 33

3. 기술의 정의 및 범위 34

2절 사업추진 배경 및 필요성 36

1. 국내외 환경변화에 대한 선제적 대응 36

2. 정부지원을 통한 부품기업의 기술경쟁력 강화 38

3. 철도 부품의 수입 의존 가속화 탈피 42

4. 재난/사고 등에 대비한 철도차량 안전성 요구 증가 43

5. 수입의존도 감소 필요 47

3절 국고지원의 당위성 48

1. 기술적 측면 48

2. 산업·경제적 측면 49

3. 사화·문화적 측면 50

4. 기술개발시 파급효과 측면 50

4절 사업추진의 시급성 52

1. 신규차량 및 노후철도차량 교체 수요에 적기 대응 52

2. 철도차량 부품개발 R&D 성과 확산 필요 52

3. 유지보수 비용의 절감 필요 54

2장 국내외 환경분석 55

1절 메가트렌드 분석 55

1. 글로벌 철도 메가트랜드 현황 55

2. 메가트랜드 분석에 따른 PEST 분석 59

3. 환경분석에 따른 철도 부품의 대응방향 및 필요 기술의 도출 61

2절 국내외 정책 동향 64

1. 국외 정책 동향 64

2. 국내 정책 동향 67

3. 국내외 정책동향에 따른 철도 부품 대응방향 75

3절 산업 및 시장동향 76

1. 철도 산업 및 시장동향 76

2. 철도 차량산업 및 시장 동향 79

3. 철도 차량 부품 산업 동향 88

4절 기술개발 동향 분석 98

1. 철도부품 기술개발 동향 98

2. 주요 부품별 기술개발 동향 분석 99

3. 시사점 157

3장 R&D 역량 분석 161

1절 국내 R&D 현황 161

1. 정부 R&D 투자 동향 161

2. 철도 부품 R&D 투자 동향 162

2절 국내외 기술 역량 분석 165

1. 기술 수준 분석 165

2. 국내외 철도차량 부품 특허 현황 175

3절 철도차량 부품 R&D 인프라 현황 분석 185

4장 사업 기본방향 및 추진전략 192

1절 SWOT분석 및 전략 192

1. 기업의 과제주관 및 참여 확대를 통한 사업화 성과 제고 195

2. 사업의 성과 목표 극대화를 위한 단계별 추진전략 구성 195

3. 산학연 협력 생태계 기반 조성 195

4. 철도차량 부품산업 협력 네트워크 구축을 통한 시제품 실용화율 제고 196

5. 현장적용 및 실증강화를 위한 단계적 Test-bed 체계 활용 196

2절 비전 목표 및 중점 분야 선정 197

1. 비전 설정 197

2. 중점 추진 분야 및 사업목표 설정 198

3. 비전 및 목표 200

3절 사업 추진 체계 203

1. 사업 추진 체계 203

2. 사업주체간 역할 분담 204

3. 과제도출 추진경과 206

5장 세부기술 개발계획 215

1절 (중점분야[1]) 국산화 및 성능향상을 위한 기술고도화형 215

[1]-1. 연구과제명 : 동력분산식 고속철도용 현가장치(댐퍼류) 기술개발 217

[1]-2. 연구과제명 : 고속철도용 반능동형 판토그래프 개발 249

[1]-3. 연구과제명 : 고속철도용 공기스프링 국산화 기술개발 277

[1]-4. 연구과제명 : 고내구성 전두부 해치 시스템 개발 299

[1]-5. 연구과제명 : 신소재(고내구성) 적용 냉각팬 시스템 개발 346

[1]-6. 연구과제명 : 고속철도용 고내구성 제동디스크 및 제동패드 개발 367

[1]-7. 연구과제명 : 도시철도용 출입문 표준화를 위한 출입문 모듈화 개발 412

[1]-8. 연구과제명 : IoT기반 지능형 모듈 타입의 주회로 차단시스템 개발 437

[1]-9. 연구과제명 : 친환경 컴팩트형 공조시스템 개발 475

[1]-10. 연구과제명 : 철도차량용 모듈방식의 보조전원장치 기술개발 503

[1]-11. 연구과제명 : 고강도 및 경량화를 위한 모듈형 저상트램용 관절장치 개발 551

2절 (중점분야[2]) 미래시장 선점을 위한 기술선도형 585

[2]-1. 연구과제명 : 철도차량용 마그네틱 추진제어시스템 기술개발 587

[2]-2. 연구과제명 : 고속철도 추진시스템 에너지 효율 향상을 위한 컨버터 일체형 반도체 변압기 개발 658

[2]-3. 연구과제명 : 철도전장품 상호호환성을 위한 개방형 통합제어시스템 플랫폼 개발 704

[2]-4. 연구과제명 : 고효율 고안전성 희토류 저감형 고속철도 영구자석 동기전동기 개발 754

[2]-5. 연구과제명 : 철도차량 입환 자동화 시스템 개발 799

[2]-6. 연구과제명 : 에너지 저장 시스템 일체형 추진제어시스템 기술 개발 829

[2]-7 연구과제명 : 도시철도용 고효율 외장코어형 컴팩트 주변압기 기술 개발 869

6장 사업 관리방안 918

1절 사업 논리모형 및 구축 918

1. 사업유형 구분 918

2. 사업 논리모형 설정 920

2절 성과목표·지표 설정 922

1. 성과지표 풀 구축 922

2. 성과목표 및 지표 총괄표 923

3. 단계별 성과목표 및 성과지표 924

3절 사업관리 전략 925

1. 사업관리 체계 및 프로세스 925

2. 사업관리 전략 926

3. 단계별 평가/관리의 절차 및 기준 928

4. 연도별 투자계획 935

4절 재원 조달 계획 937

7장 사전 타당성 조사 및 기대효과 분석 940

1절 정책적 타당성 940

1. 정책의 일관성 및 추진체제 940

2. 사업 추진상의 위험요인 948

2절 기술적 타당성 955

1. 기술개발계획의 적절성 955

2. 기술개발 성공가능성 961

3. 기존 사업과의 중복성 963

3절 경제적 타당성 977

1. 분석개요 977

2. 비용편익분석 전제조건 980

3. 편익추정 986

부록 987

부록 1. 시장경제성 지표_부품별 원가비중 987

부록 2. 기술성 지표_철도차량 부품 국산화 현황 989

부록 3. 주요부품별/ 운영자별 부품 고장 현황 991

부록 4. 철도부품산업 관련 시장/사회/기술성 지표 종합 994

부록 5. 기술수요조사 후보과제 현황 995

부록 6. 우선순위 평가 999

부록 7. 철도기술개발사업 수행 목록 1005

부록 8. 국내 철도차량 주요부품 목록(고속철도차량 기준) 1008

부록 9. 국외 철도차량 부품 인증체계 현황 1013

부록 10. 철도차량 부품체계도 1020

부록 11. 전문가 자문위원회 명단 1021

[뒷표지] 1023

표1. 차종별 운영기관 예상 교체·신규구매 물량 38

표2. 부품 고장발생 현황 43

표3. 고속열차 사고사례 44

표4. 전기동차 및 화물열차 사고사례 45

표5. 수입품 조달기간 사례(철도공사) 47

표6. 차량별 보유 및 노후화 현황 52

표7. 문재인 정부 100대 국정과제별 연관정책 67

표8. 제3차 국가교통기술개발계획 내 철도차량 부품 관련 과제 69

표9. 제3차 철도산업발전기본계획 내 철도차량 부품 관련 과제 71

표10. 철도부품 강소기업 육성방안 내 핵심부품 관련 분야 73

표11. 전 세계 지역별 철도 시장규모 77

표12. 분야별 철도시장 규모 78

표13. 최근 5년간 철도차량 내수 및 수출금액 85

표14. 세계 철도차량시장 업체별 점유현황 86

표15. 철도차량별 철도시장 규모 86

표16. 세계 철도차량부품 업체 분석 89

표17. 해외 부품제작사 주회로차단기 비교 111

표18. 국내부품제작사 주회로차단기 비교 112

표19. 유럽(프랑스) 트램 운영 현황 122

표20. 일본, 미국의 트램 운영 현황 123

표21. VOITH사의 다양한 철도차량용 감속기 130

표22. 철도차량에 영구자석 동기전동기를 적용한 사례 139

표23. 일본 도시바의 전동차 추진용 전동기 현황 141

표24. 권역별 연평균 성장률 및 특징 147

표25. 국내 전기철도차량 운영 현황 153

표26. 국내 철도차량 변압기 비교표 155

표27. 연구성과 활용 촉진 전략 163

표28. 차량시스템의 부품별 기술격차 166

표29. 차량시스템의 부품별 기술격차 168

표30. 차량시스템의 부품별 원가비중 169

표31. 철도차량 부품 국산화 현황 171

표32. 검색 DB 및 검색범위 175

표33. 분석대상 기술의 기술분류체계 176

표34. 분석대상 기술분류기준 176

표35. SWOT 분석 193

표36. 추진 주체별 역할 및 기능 205

표37. 부싱 특성 시험 방법 및 결과 223

표38. 국외 연구논문 사례 227

표39. 국내 연구논문 사례 228

표40. 국내외 제조사 별 특허 등록 건수 232

표41. 국내 주요 특허 233

표42. 내용별 투자 계획 246

표43. 연도별 투자 계획 246

표44. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 247

표45. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 247

표46. 소요 인력 참여율 248

표47. 판토그래프 집전판 중량 비교 251

표48. 실증 인프라 수행 목표 265

표49. 실증 인프라 활용 방안 265

표50. 인프라 핵심 내용 266

표51. 과제 추진기술 267

표52. 세부기술 As-is/To-be 268

표53. 단계별 시장 진입 전략 270

표54. 판토그래프 집전판 중량 비교 271

표55. 내용별 투자 계획 274

표56. 연도별 투자 계획 274

표57. 소요 인력 참여율 275

표58. 현가장치 분야의 경쟁자 LandScape 286

표59. 내용별 투자 계획 296

표60. 연도별 투자 계획 296

표61. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 297

표62. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 297

표63. 소요 인력 참여율 297

표64. 특허 정량분석 결과(중분류) 316

표65. 특허 정량 분석결과(소분류) 317

표66. 특허 검색 키워드 318

표67. 해치시스템 구성 324

표68. 예상 지적 재산권 324

표69. 소재 시험 327

표70. 화재 시험 327

표71. 환경 시험 328

표72. 제어기 EMC 시험 328

표73. 시스템 검증 시험 329

표74. 지재권 확보전략 336

표75. 직·간접적 파급 효과 338

표76. 직접 고용 효과 339

표77. 간접 고용 효과 340

표78. 내용별 투자 계획 343

표79. 연도별 투자 계획 343

표80. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 344

표81. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 344

표82. 소요 인력 참여율 345

표83. 냉각팬 장착수량 348

표84. 내용별 투자 계획 364

표85. 연도별 투자 계획 365

표86. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 366

표87. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 366

표88. 소요 인력 참여율 366

표89. 디스크 방식 고속철도차량에 적용되는 제동패드 현황 369

표90. 고속철도 제동패드의 장단기 시장수요예측 및 가능한 시장 창출 374

표91. 국내 고속차량 제동디스크 현황 388

표92. 특허종류별 국가별 검색건수 391

표93. 마찰재 기존품 사양 및 개발품 사양 399

표94. 마찰재 기술 수준 399

표95. 제동디스크 기존품 사양 및 개발품 사양 400

표96. 설계 및 해석 기술수준 400

표97. 시험관련 기존 사양 및 개발품 사양 401

표98. 성능평가(인증) 기술 및 통합 관련 기술수준 401

표99. 내용별 투자 계획 407

표100. 연도별 투자 계획 408

표101. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 409

표102. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 410

표103. 소요 인력 참여율 410

표104. 차량비교 411

표105. 실증 인프라 수행 목표 423

표106. 실증인프라 활용 방안 423

표107. 내용별 투자 계획 433

표108. 연도별 투자 계획 433

표109. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 434

표110. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 434

표111. 소요 인력 참여율 435

표112. 철도 부품 업체 현황 438

표113. 세계 각국의 고속철도 일반사양 비교 440

표114. 해외 부품제작사 주회로차단기 비교 445

표115. 국내부품제작사 주회로차단기 비교 446

표116. 국내 기술이전 사업화 지표 비교 449

표117. 주요 출원인의 출원현황 451

표118. 과제 목표 454

표119. 상태감시의 구성 462

표120. 진단감시 데이터 464

표121. 내용별 투자 계획 472

표122. 연도별 투자 계획 472

표123. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 473

표124. 소요인력 참여율 474

표125. 특허출원 검색 DB 및 관련 사항 484

표126. 내용별 투자 계획 499

표127. 연도별 투자 계획 499

표128. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 500

표129. 장비 활용계획 및 구매 필요성 501

표130. 소요 인력 참여율 502

표131. 보조전원장치 분야의 경쟁자 LandScape 524

표132. 보조전원장치 분야의 최근구간 출원증가율 525

표133. 보조전원장치 분야의 최근구간 출원점유율 526

표134. 보조전원장치 분야의 특허시장확보력 527

표135. IP 부상도 판단 결과 527

표136. IP 부상도 항목별 판단기준표 527

표137. 실증 항목수행 목표 535

표138. 내용별 투자 계획 547

표139. 연도별 투자 계획 547

표140. 소요 인력 참여율 549

표141. 유럽(프랑스) 트램 운영 현황 563

표142. 일본, 미국의 트램 운영 현황 564

표143. 연구개발품 사양 수준 569

표144. 연구개발 성과 활용방안 569

표145. 궤도차량의 차량 연결장치의 국내외 관련지식재산권 현황 576

표146. 내용별 투자 계획 582

표147. 소요 인력 참여율 583

표148. 철도차량용 첨단 기어리스 마그네틱 추진시스템 개발 비용편익분석 결과 596

표149. 철도차량용 첨단 기어리스 마그네틱 추진시스템 개발 편익 현재가치 요약 597

표150. 연구개발 범위 600

표151. VOITH사의 다양한 철도차량용 감속기 609

표152. 마그네틱 기어드 영구자석 기기 관련 해외 유효논문 현황 609

표153. 철도차량 견인용 영구자석 동기전동기 국내 개발 현황 615

표154. 마그네틱 기어 관련 국가 R&D 수행 상황 618

표155. 국내 추진장치 기술수준 주요현황 620

표156. 마그네트 기어드 동기전동기 관련 기술 국내 기술개발 수준 620

표157. 마그네트 기어드 동기전동기 관련 기술 국내연구 인프라 수준 621

표158. 변경 및 업그레이드가 요구되는 기존의 국내 보유 설비 622

표159. 속도 가변형 마그네틱 기어에 관한 주요 핵심특허 629

표160. 마그네틱 기어 응용 관련 주요 핵심특허 630

표161. 마그네틱 기어드 영구자석 기기에 관한 주요 핵심특허 631

표162. 신개념 구동용 210㎾급 마그네틱 기어드 동기전동기 기술 개발의 상세 수행 목표 634

표163. 실증 인프라 수행 목표 635

표164. 마그네트 기어드 동기전동기 관련 기술 국내 대기업/중소기업 기술개발 수준 639

표165. 마그네트 기어드 동기전동기 관련 기술 국내 연구 인프라 수준 639

표166. 구동장치 사양 및 확보 기술 642

표167. 내용별 투자 계획 653

표168. 연도별 투자 계획 653

표169. 소요 장비 품목과 예상 비용 654

표170. 소요 인력 655

표171. 전체 소요 인력 655

표172. 동력 집중식, 동력 분산식 적용 주변압기 668

표173. 첨단 변압기관련 국내 기술수준 주요현황 673

표174. 실증 인프라 수행 목표 690

표175. 실증 인프라 활용 방안 691

표176. 내용별 투자 계획 698

표177. 연도별 투자 계획 699

표178. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 700

표179. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 701

표180. 연구시설 구축 및 장비 구입의 타당성 702

표181. 소요 인력 참여율 702

표182. 철도차량용 전장제어기 제작사 사례 707

표183. 기술개발 주체별 상업화 협력 방안(주체별 역할) 743

표184. 내용별 투자 계획 751

표185. 연도별 투자 계획 751

표186. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 752

표187. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 753

표188. 철도차량에 영구자석 동기전동기를 적용한 사례 761

표189. 일본 도시바의 전동차 추진용 전동기 현황 763

표190. 내용별 투자 계획 794

표191. 연도별 투자 계획 794

표192. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 795

표193. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 796

표194. 소요 인력 참여율 796

표195. 내용별 투자 계획 825

표196. 연도별 투자 계획 825

표197. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 826

표198. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 827

표199. 소요 인력 참여율 827

표200. 내용별 투자 계획 865

표201. 연도별 투자 계획 866

표202. 소요 인력 참여율 867

표203. 국내 철도차량 변압기 비교표 881

표204. 외장코어형 변압기 국내 기술수준 주요현황 885

표205. 요소기술별 선진국 대비 기술수준 885

표206. 외장코어형 변압기 개발 인프라 수준 887

표207. 수행 목표 903

표208. 실증 항목수행 목표 904

표209. 실증 인프라 활용 방안 905

표210. 내용별 투자 계획 914

표211. 연도별 투자 계획 914

표212. 소요 장비 품목과 예상 비용 및 장비가액 915

표213. 시설(장비) 활용계획 및 구매 필요성 916

표214. 소요 인력 참여율 917

표215. 유형별 성과지표 Pool-국가연구개발사업 표준성과지표 922

표216. 성과 유형별 공통 지표(안)-국가연구개발사업 표준성과지표 922

표217. 기술개발 성과활용 추적 평가 항목 933

표218. 성과평가 측정지표 및 배점(안) 934

표219. 최근 5개년 국토교통 R&D 예산 현황 937

표220. 국토교통 R&D 사업 및 부문별 투자현황 937

표221. 국토교통 R&D 예산 전망 938

표222. 최근 3년간 국토교통 R&D 과제 중 신규과제 비중 939

표223. 연차별 투자계획 948

표224. 국토교통 R&D 예산 전망 949

표225. 최근 3년간 국토교통 R&D 과제 중 신규과제 비중 949

표226. 신규 R&D 가용 예산 예측 950

표227. 법적·제도적 위험요인 평가 954

표228. 사업과제 선정 기준 959

표229. 부품별 기술개발 성공가능성 분석 962

표230. 철도기술개발사업 리스트 971

표231. R&D사업 편익 추정방법 분류 981

표232. 국내 매출 효과 986

그림1. 세계 철도시장 규모 예측 36

그림2. 철도산업 내 부품의 범위 39

그림3. 국내 철도차량 부품산업 현황 40

그림4. 국내 철도 부품산업 임직원수 비율 40

그림5. 철도차량 부품 수입현황 42

그림6. 2017년 노후 철도차량 현황 46

그림7. 국토교통 R&D 중장기 추진전략 및 중점프로젝트 72

그림8. 전 세계 철도 시장 전망(2021년) 77

그림9. 세계 철도운송망 전망(2015~2022) 78

그림10. 세계 철도차량제작사 현황 84

그림11. 현대로템 부문별 매출액 추이 및 전망 85

그림12. 해외 철도차량 시장 전망 87

그림13. 국내 철도차량 부품업체 현황(2016) 90

그림14. 국내 중소기업 주요 거래처 현황 91

그림15. 판토그래프 관련 해외 기술동향(Working group) 및 요소기술 101

그림16. 고속철도 판토그래프용 집전판 적용 사례 101

그림17. 고속전철용 판토그래프 모델 101

그림18. 상부암 복합재를 사용한 판토그래프 모델 102

그림19. 판토그래프 부품에 복합재 적용 사례 102

그림20. 고속전철용 집전판 전시 모델 102

그림21. 판토그래프 능동제어 관련 연구 사례 103

그림22. HEMU에 설치되어 운행중인 판토그래프 103

그림23. VOITH사 해치모듈(중국) 105

그림24. VOITH사 해치모듈(대만) 106

그림25. VOITH사 해치모듈(독일) 106

그림26. VOITH사 해치모듈(스위스) 106

그림27. 고속열차 분산식 견인전동기 냉각팬 장착도 108

그림28. 유럽 고속철도차량(DB, ETR)에 적용되는 제동패드 109

그림29. 제동디스크 열손상으로 탈거된 축 109

그림30. 인버터 압축기 적용 사례 113

그림31. 승객 수에 따른 신선 공기량 조절 113

그림32. Heat-pump 적용 온도 범위 114

그림33. 적용노선 CORADIA LIREX Stockholm (ALSTOM) 114

그림34. SMA사의 105㎸A 모듈방식의 보조전원장치 115

그림35. 모듈방식 보조전원장치의 내/외부 구성 및 연결도 115

그림36. Output inverter 모듈 외관 116

그림37. Sprinter electric multiple unit (EMU), Netherlands 116

그림38. PCS Rail AU 1000 시리즈 (150㎸A) 117

그림39. PCS 시리즈의 다양한 입출력전압 및 용량 포트폴리오 117

그림40. 2중계 보조전원장치의 내부구성 118

그림41. 도시바의 2중계 보조전원장치(Dual SIV) 내부 구성 및 외관 118

그림42. SiC 모듈을 적용한 140㎸A급 Mitsubishi SIV 장치 118

그림43. 인도의 고급 객차용 전기기관차(WAP7 시리즈) 119

그림44. 전기기관차용 HOTEL LOAD CONVERTER, 2×500㎸A 120

그림45. 8200호대 전기기관차용 2×90㎸A 보조전원장치 외관 121

그림46. 저상트램 도입 시찰 및 부천시 도입 예정 저상 트램 123

그림47. 저상 트램 현차 시험 시제차 및 시험장 궤도 124

그림48. Pole Pieces를 포함한 마그네틱 기어 형상 125

그림49. LEVX사 마그네틱 베어링 126

그림50. EagleBurmann사 마그네틱 베어링 126

그림51. WAUKESHA사 마그네틱 베어링 생산품 126

그림52. WAUKESHA사 마그네틱 베어링 126

그림53. Magnomatics사의 2~4kNm급 마그네틱 기어 일체형 동기전동기 적용 127

그림54. Magnomatics사의 300㎾, 16kNm급 마그네틱 기어드 동기전동기 시제품 127

그림55. 오사카 대학의 마그네틱 기어드 동기전동기 및 토크 측정을 위한 시험장치 128

그림56. 오사카 대학의 Axial-gap 타입의 마그네틱 기어드 동기전동기 시제품 128

그림57. 마그네틱 기어와 기어적용 PM Machine의 특허 기술 발전 동향 129

그림58. 알루미늄 하우징을 적용한 고속철도용 기어박스(VOITH) 129

그림59. ABB의 철도차량용 반도체변압기 131

그림60. Siemens의 고주파변압기 모듈 및 반도체변압기 시스템 블럭도 131

그림61. Alstom의 철도차량용 반도체 변압기 개발 사례 132

그림62. Bombardier의 철도차량용 반도체 변압기 개발 사례 132

그림63. 스위스 Selectron사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 인증 전장제어 플랫폼 133

그림64. 필란드 EKE사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 인증 전장제어 플랫폼 134

그림65. 미국 Artesyn사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 SIL4인증 공통 제어플랫폼 134

그림66. 독일 MEN사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 SIL4인증 공통 제어플랫폼 135

그림67. MITRAC 시스템 기능 계통도 135

그림68. MODLINK 계통도 136

그림69. 봄바르디어의 이더넷 기반 열차통신네트워크 구조 137

그림70. INTEROS가 적용된 MUE-Train 차량네트워크 구조 138

그림71. 일본 신칸센의 주전동기 비교 140

그림72. 후지전기의 영구자석 동기전동기 및 차축 140

그림73. 후지전기의 영구자석 동기전동기 적용 철도차량 140

그림74. 세계 AC 전동기 개발 진행방향 142

그림75. 미국 Oak Ridge Lab의 하이브리드 자동차용 5상 인버터 143

그림76. 다상 추진시스템을 적용한 고출력 하이브리드 자동차 143

그림77. 국내 NEV용 In-wheel PMSM 제작 예 144

그림78. 이중돌극형 영구자석 선형전동기 시제품 145

그림79. 선박추진용 36상, 12상 추진시스템 145

그림80. 어뢰의 추진용 7상 추진시스템 145

그림81. 세계 고속철도 차량 구동방식별 도입비중 변화 151

그림82. InnoTrans 2016에 전시된 ABB의 Effilight 151

그림83. 차량용 변압기 효율 비교(ABB의 Effilight, 1.1MVA 15㎸ 16.7㎐ / 25㎸ 50㎐) 152

그림84. 변압기의 효율과 무게(ABB의 Effilight, 1.1MVA 15㎸ 16.7㎐) 152

그림85. 연도별 신규차량 및 유지보수품 구매 금액 153

그림86. 유입형 강제송유 풍냉식 변압기의 냉각 계통도(간선형 전기전동차) 156

그림87. 국내 냉각기 해석 및 최적설계 수행 사례 156

그림88. 국가중점과학기술 전략로드 161

그림89. 건설·교통분야 정부 R&D 투자 162

그림90. 국토교통 R&D 중장기 전략 163

그림91. 철도교통 분야 기술수준 및 기술격차 165

그림92. 고속철도차량 분야별 기술수준 분석 167

그림93. 국내 차량기술 분야의 기술성숙도 단계 167

그림94. 철도차량 부품 국산화율 174

그림95. 주행장치 특허 현황 181

그림96. 제동장치 특허 현황 182

그림97. 보조전원장치 특허 현황 182

그림98. 현가장치 특허 현황 183

그림99. 기어박스 분야의 키워드 맵 183

그림100. 견인전동기 특허 현황 184

그림101. 보조전원 인버터 제어기술 특허 현황 184

그림102. 대차 동특성주행시험기 개략도 185

그림103. 제동 성능시험기 186

그림104. 드라이빙 기어 시험기 186

그림105. 스프링시험기 187

그림106. 판토그래프시험기 187

그림107. 추진장치 성능시험 설비 188

그림108. 견인전동기 성능시험기 189

그림109. EMI/EMC 챔버 190

그림110. 중점 추진 분야 및 사업목표 설정 198

그림111. 사업 추진체계 203

그림112. 철도 핵심부품 사업기획, 최종 후보과제 도출 경위 208

그림113. 17.10.20 기술분과위원회 [분과1] 자문회의 211

그림114. 17.10.20 기술분과위원회 [분과2] 자문회의 212

그림115. 17.10.20 기술분과위원회 [분과3] 자문회의 212

그림116. 18.02.09 2차 기획 총괄위원회 214

그림117. KTX 및 동력분산식 수입품의 감쇠력 제어 방식 221

그림118. CAE 분석 관련 프로그램 소개 222

그림119. 현차 계측 및 시험 관련 실 장착 모습 225

그림120. 현차 계측 결과 예시 225

그림121. 국제 현가장치 관련 특허 등록 현황 230

그림122. 국제 특허 등록 현황 230

그림123. 철도 현가 종류별 특허 등록 현황 231

그림124. 제조사 별 특허 건수 추이 232

그림125. '17년 국토교통기술대전 전시용 댐퍼 241

그림126. 판토그래프 각 부재의 형상 설계 적용 예 253

그림127. 집전판 형상 및 공력특성을 위한 공기관 설계(예) 253

그림128. 집전판 단면 Jet ejection 적용 예 254

그림129. 반 능동형 공압제어장치(예) 254

그림130. 판토그래프 3수준 모델링 255

그림131. 중련편성 운행조건에서의 판토그래프 성능 분석 255

그림132. 판토그래프에 대한 공력 특성 검토 256

그림133. 판토그래프 관련 해외 기술동향(Working group) 및 요소기술 257

그림134. 고속철도 판토그래프용 집전판 적용 사례 257

그림135. 고속전철용 판토그래프 모델 257

그림136. 상부암 복합재를 사용한 판토그래프 모델 258

그림137. 판토그래프 부품에 복합재 적용 사례 258

그림138. 고속전철용 집전판 전시 모델 258

그림139. 판토그래프 능동제어 관련 연구 사례 259

그림140. HEMU에 설치되어 운행중인 판토그래프 259

그림141. 판토그래프와 가선의 추종특성 분석 결과(예) 260

그림142. EN 기준에 따른 성능 검증 271

그림143. 공기스프링 작동 원리 282

그림144. 공기스프링 조립도 282

그림145. 공기스프링 벨로우즈 282

그림146. 현가장치 분야의 주요출원인 현황 284

그림147. 현가장치 분야의 주요출원인의 연도별 동향 285

그림148. 고속철도용 공기스프링(콘티텍社) 291

그림149. 전두부 해치시스템 형상 305

그림150. 철도차량 해치모듈 305

그림151. VOITH사 해치모듈(중국) 313

그림152. VOITH사 해치모듈(대만) 313

그림153. VOITH사 해치모듈(독일) 313

그림154. VOITH사 해치모듈(스위스) 314

그림155. DELLNER사 해치모듈 314

그림156. 조사구간 전체 특허 동향 315

그림157. 해치 모듈 분리/조립 방안 325

그림158. 해치커버장치 모듈 취부 방안 326

그림159. 하부 스포일러 326

그림160. 연결기 최대 회전 326

그림161. 해치커버 수동 개방 327

그림162. 고속철도 해치모듈 시스템 334

그림163. 사업화 모델 335

그림164. 기술적 기대효과 339

그림165. 사회·경제적 기대효과 340

그림166. 로드맵 기대효과 341

그림167. 고속열차 분산식 견인전동기 냉각팬 장착도 354

그림168. IP 포트폴리오로 파악한 기술시장 성장단계 355

그림169. 모터블럭 냉각팬 359

그림170. 견인전동기 냉각팬 359

그림171. 주변압기 냉각송풍기 359

그림172. 일본, 한국, 일본 철도 속도향상 368

그림173. 산천차량 제동디스크의 열크랙 369

그림174. 국내 고속철도차량 수입 제동패드의 마찰재 파손 370

그림175. 제동디스크의 열크랙 373

그림176. 디스크방식의 제동장치와 제동패드 376

그림177. 유럽 고속철도차량(DB, ETR)에 적용되는 제동패드 378

그림178. KNORR 社의 차축디스크 378

그림179. KNORR 社의 차륜디스크 379

그림180. 독일 KNORR 社의 제동디스크 제품구성 맵 380

그림181. 독일 KNORR 社 세라믹 제동디스크 특징 380

그림182. 독일 KNORR 社 제동패드 맵 381

그림183. 고속차량용 제동패드의 특징 381

그림184. 열손상으로 탈거된 축 382

그림185. 일반 전동차용 제동디스크 383

그림186. CV-NCM 제동디스크 연구내용(온도특성, 마찰특성) 384

그림187. ITX 새마을 적용 차축 디스크 및 차륜디스크 384

그림188. KTX용 제동디스크 385

그림189. KTX-산천 제동디스크 385

그림190. HEMU-430 차륜디스크용 동력대차 386

그림191. 고속차량 제동디스크 냉각 성능 관련 CFD 해석 결과 387

그림192. 고속차량 제동디스크 다이나모시험 검증 387

그림193. 고속철도 소재별 밀도 현황 389

그림194. 국내 고속철도용 제동패드 390

그림195. 국가별/연도별 출원동향 392

그림196. 최다출원인 출원건수 392

그림197. 국내 도시철도 운영기관별 차량 보유 현황('17년도 기준) 413

그림198. 철도 및 도시철도 SOC 투자 계획(국가재정운용계획, 2017년) 414

그림199. 기존대비 연구개발품 구성도 419

그림200. 동력 집중식 및 동력 분산식 비교 442

그림201. 모듈타입 주회로차단기 개요 443

그림202. 국가별 특허 출원 건수 447

그림203. 국가별 출원현황 448

그림204. 국내 주요출원인의 출원 현황 450

그림205. Secheron사 모듈형 차단기 내부 구조 455

그림206. 솔레노이드 구조 457

그림207. 설치에 따른 자중 방향 458

그림208. 전압, 여자전류 자속의 관계 460

그림209. 주회로차단시스템 진단감시 시스템 463

그림210. 주회로차단기용 커버 구조해석 465

그림211. 주회로차단기 전계 해석 466

그림212. Railway Specific Energy Consumption 475

그림213. Energy intensity reduction strategies 476

그림214. Low Profile 냉방장치의 예 476

그림215. 국내 철도차량용 공조장치 477

그림216. 국내 철도운영사의 민원 원인 분석 사례 478

그림217. 인버터 압축기 적용 사례 482

그림218. 승객 수에 따른 신선 공기량 조절 482

그림219. Heat-pump 적용 온도 범위 483

그림220. 국가별 특허 출원 조사 484

그림221. 주요 출원인 분석 485

그림222. Faiveley 社 친환경 냉방장치 기술 487

그림223. 인버터 방식 냉방기가 적용된 수출 차량 487

그림224. 국내 도시철도용 190㎸A 보조전원장치의 내부구조 504

그림225. PCS(Bombardier) Rail AU1000 시리즈 보조전원장치의 모듈형 구조 504

그림226. 보조전원장치의 세부기술 연구개발 방안 509

그림227. 모듈형 보조전원장치 개념도(예) 509

그림228. 적용노선 CORADIA LIREX Stockholm(ALSTOM) 510

그림229. SMA사의 105㎸A 모듈방식의 보조전원장치 510

그림230. 모듈방식 보조전원장치의 내/외부 구성 및 연결도 510

그림231. Output inverter 모듈 외관 511

그림232. Sprinter electric multiple unit(EMU), Netherlands 512

그림233. PCS Rail AU 1000 시리즈(150㎸A) 512

그림234. PCS 시리즈의 다양한 입출력전압 및 용량 포트폴리오 512

그림235. 2중계 보조전원장치의 내부구성 513

그림236. 도시바의 2중계 보조전원장치(Dual SIV) 내부 구성 및 외관 513

그림237. SiC 모듈을 적용한 140㎸A급 Mitsubishi SIV 장치 514

그림238. 인도의 고급 객차용 전기기관차(WAP7 시리즈) 515

그림239. 전기기관차용 HOTEL LOAD CONVERTER, 2×500㎸A 515

그림240. 8200호대 전기기관차용 2×90㎸A 보조전원장치 외관 517

그림241. 전체 연도별 동향 517

그림242. 주요시장국의 연도별 동향 518

그림243. 주요시장국의 내·외국인 특허출원현황 519

그림244. 주요시장국의 연도별 내·외국인 특허동향 520

그림245. IP 포트폴리오로 파악한 기술시장 성장단계 521

그림246. 보조전원장치 분야 주요출원인 현황 522

그림247. 보조전원장치 분야 주요출원인의 연도별 동향 523

그림248. 보조전원장치 분야의 연도별 출원동향 525

그림249. 보조전원장치 분야 주요시장국의 내·외국인 특허출원현황 526

그림250. 보조전원장치 기술분류별 특허출원 분석 529

그림251. 보조전원장치 국가별 특허출원 분석 529

그림252. 기존 190㎸A SIV → 모듈형 200㎸A SIV 540

그림253. 해외 트램 적용 사례 551

그림254. 국내 추진 사례 552

그림255. 저상 트램 현차 시험 시제차 및 시험장 궤도 553

그림256. 트램 수출 관련 기사 554

그림257. 프랑스 파리에서 운행 중인 저상트램 557

그림258. 저상 트램 및 관절장치 557

그림259. 관절장치를 이용한 커브구간 및 구배구간 구동 원리 558

그림260. 대표적인 관절장치의 예 559

그림261. 하부 관절장치의 예 560

그림262. 관절장치 설계 및 해석 예 561

그림263. 무가선 트램 시험선 562

그림264. 저상트램 도입 시찰 및 부천시 도입 예정 저상 트램 564

그림265. 저상 트램 현차 시험 시제차 및 시험장 궤도 565

그림266. 해외 트램 사례 572

그림267. 기존의 감속 구동장치 구조 588

그림268. 기존의 도시철도차량(전동차) 감속구동장치 손상 사례 589

그림269. 기존의 KTX 감속구동장치 불량 사례(KTX, 2004~2013) 589

그림270. 최고기술보유국 현황 591

그림271. 세부 장치별 기술수준 592

그림272. 가용성 구분 및 현대식 철도차량의 평균 가용성 수준 595

그림273. 기존 철도차량별 구동장치의 구조 및 현황 597

그림274. 기존의 기계식 및 마그네틱 기어장치와 일체형 마그네틱 기어드 동기전동기 구조 598

그림275. 도시철도차량용 마그네틱 기어드 동기전동기 기술 설명 598

그림276. 도시철도차량용 마그네틱 기어드 동기전동기 개발(안) 599

그림277. Pole Pieces를 포함한 마그네틱 기어 형상 603

그림278. LEVX사 마그네틱 베어링 604

그림279. EagleBurmann사 마그네틱 베어링 604

그림280. WAUKESHA사 마그네틱 베어링 생산품 605

그림281. WAUKESHA사 마그네틱 베어링 605

그림282. Magnomatics사의 2~4kNm급 마그네틱 기어 일체형 동기전동기 적용 605

그림283. Magnomatics사의 300㎾, 16kNm급 마그네틱 기어드 동기전동기 시제품 606

그림284. 영국 Magnomatics사의 마그네틱 기어드 동기전동기 개발 현황 606

그림285. 오사카 대학의 마그네틱 기어드 동기전동기 및 토크 측정을 위한 시험장치 607

그림286. 오사카 대학의 Axial-gap 타입의 마그네틱 기어드 동기전동기 시제품 607

그림287. 마그네틱 기어와 기어적용 PM Machine의 특허 기술 발전 동향 608

그림288. 알루미늄 하우징을 적용한 고속철도용 기어박스(VOITH) 608

그림289. 홍콩대학교에서 발표한 마그네틱 기어드 영구자석 동기모터 관련 핵심논문 610

그림290. 풍력용 기어박스의 국외시장 규모 변화 동향 612

그림291. 1㎾급 마그네틱 기어 단면도 및 구성도 612

그림292. 마그네트 구조 변화 마그네트 기어의 토폴로지 613

그림293. 공간 변조기의 주파수에 의한 마그네트 셔터 기어의 단면 구조 613

그림294. 반경방향 영구자석을 갖는 자기커플링의 구조 613

그림295. 평행방향/할박 자화 영구자석을 갖는 마그네틱 기어의 설계변수에 따른 토크 특성 해석 및... 615

그림296. 마그네틱 기어드 영구자석 기기의 형상(2004년) 625

그림297. 마그네틱 기어 관련 국내에 출원된 대표 특허 현황 625

그림298. 마그네틱 기어와 기어적용 PM Machine의 특허 기술 발전 동향 626

그림299. 특허 등고선 맵 627

그림300. 기존 특허 회피 전략도 628

그림301. SWOT 분석 결과를 바탕으로 한 기술개발 전략 632

그림302. 철도차량용 마그네틱 추진시스템 기술 개발 과제 추진전략 640

그림303. 마그네틱 기어와 기어적용 PM Machine의 특허 기술 발전 동향 644

그림304. 사업화 전략 645

그림305. 동력분산식 고속열차(프랑스 AGV, 독일 Volero, 일본 신간선 700계, 중국 CRH2) 658

그림306. 저주파 변압기의 무게 및 부피 분포 659

그림307. 주변압기 고압권선 절연파괴 사례 및 발생현황(KTX-산천, 2016) 659

그림308. 최초의 반도체변압기 구성 회로 662

그림309. 반도체 변압기 적용에 따른 철도차량 전력 회로의 변화 662

그림310. 철도 차량용 지능형 변압기의 구조 예시 663

그림311. 철도차량 추진시스템 구성 664

그림312. 기존 철도차량의 주전력 변환 시스템 665

그림313. 철도차량용 반도체 변압기 기술 665

그림314. ABB의 철도차량용 반도체변압기 666

그림315. Siemens의 고주파변압기 모듈 및 반도체변압기 시스템 블럭도 666

그림316. Alstom의 철도차량용 반도체 변압기 개발 사례 667

그림317. Bombardier의 철도차량용 반도체 변압기 개발 사례 667

그림318. 1.9㎸/127V, 2㎸A 단상 반도체 변압기 669

그림319. 3상변압기로 구성하기 위한 단상 모듈 670

그림320. 양방향 1.9㎸/127V, 2㎸A 단상 반도체 변압기 구성회로 670

그림321. 철도차량용 주변압기 국내 개발 사례 671

그림322. 변압기 시험 설비(추진장치 조합시험기 및 진동시험기, 철도기술연구원) 674

그림323. 연도별 특허 출원 동향 675

그림324. 주요 출원인 동향 676

그림325. 주요 출원인 동향 676

그림326. 국가별 특허 점유현황 682

그림327. 국가별 출원특허 대비 우선권특허 현황 682

그림328. 국가별 출원건수 및 시장확보지수 683

그림329. 국가별 인용도지수 684

그림330. 국가별 영향력지수 및 기술력지수 685

그림331. 특허 등고선 맵 686

그림332. SWOT 분석 결과를 바탕으로 한 기술개발 전략 688

그림333. 개발제품이 적용된 분산형 고속열차 전력회로 구성예 694

그림334. 국외 차량제작사의 제어기 구성 706

그림335. 국내 차량제작사 열차종합제어장치 사례 709

그림336. 해외시장의 요구사항과 국내 기술수준 분석 709

그림337. 범 유럽의 철도인증 체계 715

그림338. 철도용품 형식승인 절차 715

그림339. 철도차량 전장제어기기 상호호환성 적용 기술 예 718

그림340. 철도차량 제어기 인터페이스 현황 719

그림341. 현재 제어기 구조 및 목표하는 제어기 구조 719

그림342. 기능안전성 확보를 위한 제어기 결함허용 구조 예 720

그림343. 기능안전성 인증 공통 제어플랫폼 예 720

그림344. 상호호환이 가능항 소프트웨어 아키텍쳐 구조 예 721

그림345. 국제 표준 TCN Layer 설명 및 TCN Layer 규격 적용 721

그림346. 스위스 Selectron사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 인증 전장제어 플랫폼 722

그림347. 핀란드 EKE사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 인증 전장제어 플랫폼 722

그림348. 미국 Artesyn사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 SIL4인증 공통 제어플랫폼 723

그림349. 독일 MEN사의 모듈형 철도차량용 기능안전성 SIL4인증 공통 제어플랫폼 723

그림350. MITRAC 시스템 기능 계통도 724

그림351. MODLINK 계통도 725

그림352. 봄바르디어의 이더넷 기반 열차통신네트워크 구조 726

그림353. INTEROS가 적용된 MUE-Train 차량네트워크 구조 726

그림354. 국토교통R&D 철도차량 내부장치간 무선연계 및 배선절감 기술개발 사업 727

그림355. 출원년도 및 국가별 출원추이 728

그림356. 주요 출원인 동향 729

그림357. 연도별 주요 출원인 동향 729

그림358. 국가별 출원건수 및 시장확보 지수 730

그림359. 국가별 인용도지수 731

그림360. 국가별 영향력지수 및 기술력지수 731

그림361. 기술분야 특허 분포도 732

그림362. 사업 전․후 제어기 비용구조(예시) 746

그림363. 철도공사 전철전력 사용량 758

그림364. 철도차량 추진시스템 759

그림365. 일본 신칸센의 주전동기 비교 762

그림366. 후지전기의 영구자석 동기전동기 및 차축 762

그림367. 후지전기의 영구자석 동기전동기 적용 철도차량 762

그림368. 세계 AC 전동기 개발 진행방향 764

그림369. 미국 Oak Ridge Lab의 하이브리드 자동차용 5상 인버터 765

그림370. 다상 추진시스템을 적용한 고출력 하이브리드 자동차 765

그림371. 국내 NEV용 In-wheel PMSM 제작 예 767

그림372. 이중돌극형 영구자석 선형전동기 시제품 767

그림373. 선박추진용 36상, 12상 추진시스템 768

그림374. 어뢰의 추진용 7상 추진시스템 768

그림375. 연도별 출원 동향 769

그림376. 주요 출원인 동향 769

그림377. 주요 출원인 동향 770

그림378. 국가별 특허 점유현황 775

그림379. 국가별 출원특허 대비 우선권특허 현황 776

그림380. 국가별 출원건수 및 시장확보지수 777

그림381. 국가별 인용도지수 777

그림382. 국가별 영향력지수 및 기술력지수 778

그림383. 특허 등고선 맵 779

그림384. 무선입환 시스템 구성도 800

그림385. 컨트롤센터 기본 개념도 801

그림386. 제어시스템 구성도 801

그림387. 컨트롤센터 기본 계략도 811

그림388. 관제센터 제어시스템 계략도 812

그림389. 제어시스템 논리 모형 812

그림390. 통신시스템 구성도 813

그림391. 차체연결기 및 전기·공기연결기 814

그림392. 통신환경 구성 계략도 816

그림393. 무선입환제어 시스템 연결 분리 계략도 816

그림394. 내에서 활용중인 입환기술 817

그림395. Rhein-Neckar 지역에 6량/편성의 하이브리드 경전철 830

그림396. 지멘스의 Sitras HES(hybrid energy-storage system) 830

그림397. 알스톰의 CITADIS 경전철 831

그림398. 철도총연 LH02 Hi-tram(하이! 트램) 831

그림399. Li-ion 배터리를 탑재한 하이브리드 디젤전동차 832

그림400. 리조트 트레인 HB-E300계 832

그림401. 추진제어시스템 블록도 837

그림402. 본 사업의 범위 838

그림403. 경영 전략 843

그림404. 연도별 국내 변압기 생산량 870

그림405. 연도별 변압기 수출 실적 870

그림406. 기술개발 내용 및 효과 873

그림407. 내장코어형 강제냉각방식 변압기(기존) 875

그림408. 외장 코어형 자연냉각방식 변압기(개발) 875

그림409. 강제 냉각식 변압기(기존) 876

그림410. 주행풍 냉각식 변압기 876

그림411. 신간선용 주변압기의 경량화 878

그림412. N700계 신간선 주변압기(미쯔비시 제작) 878

그림413. 일본 재래선용 주행풍자냉식 주변압기(미쯔비시 제작) 878

그림414. InnoTrans 2016에 전시된 ABB의 Effilight 879

그림415. 차량용 변압기 효율 비교(ABB의 Effilight, 1.1MVA 15kV 16.7Hz / 25kV 50Hz) 879

그림416. 변압기의 효율과 무게(ABB의 Effilight, 1.1MVA 15kV 16.7Hz) 880

그림417. 유입형 강제송유 풍냉식 변압기의 냉각 계통도(간선형 전기전동차) 882

그림418. 국내 냉각기 해석 및 최적설계 수행 사례 883

그림419. 철도차량용 주변압기 국내 개발 사례 884

그림420. 변압기 시험 설비(추진장치 조합시험기 및 진동시험기, 철도기술연구원) 886

그림421. 연도별 출원 동향 888

그림422. 주요 출원인 동향 888

그림423. 주요 출원인 동향 889

그림424. 국가별 특허 점유현황 894

그림425. 국가별 출원특허 대비 우선권 특허 현황 895

그림426. 국가별 출원건수 및 시장확보지수 896

그림427. 국가별 인용도지수 896

그림428. 국가별 영향력지수 및 기술력지수 897

그림429. 특허 등고선 맵 898

그림430. SWOT 분석 결과를 바탕으로 한 기술개발 전략 901

그림431. 사업화 및 기술이전 전략 909

그림432. 사업 추진체계 945

그림433. 사업기획추진체계 946

그림434. 주요 검토 항목 978

그림435. 세부 편익 및 비용 항목 978

그림436. 경제성분석 프로세스 979

그림437. 경제적 타당성 분석 과정 개략도 980