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리니어 모터, 희토류 사용을 줄여라

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한국전기연구원, 고정밀 위치제어용 리니어모터 기술 개발

전세계 희토류의 97%를 공급하고 있는 중국이 이를 전쟁물자로 분류하고 2011년부터는 수출 쿼터를 감축하고 있다. 이에 정밀 모터에 필수적인 희토류의 가격상승이 지속되고 있고, 정밀산업기기의 가격경쟁력에 큰 충격을 주고 있다. 이에 업계에서는 희토류를 대체하거나 그 사용을 최소화 한 고정밀 리니어 모터 개발에 집중하고 있는 중이다.

희토류 최고의 생산 수출국인 중국의 모습이 달라지고 있다. 희토류 수출통제를 통해 이를 무기화하려는 움직임을 공공연히 밝히고 있는 중이다. 희토류는 산업 및 가정, 사무실, 군사 등 모든 산업분야의 기기에 필수적으로 소요되는 영구자석 모터에 필수적으로 들어가야만 하는 원료이다.

날이 갈수록 희토류의 가격이 상승하고 있는 가운데 고정밀 산업기기에 사용되고 있는 영구자석 리니어 모터의 가격에서 희토류가 차지하는 비중이 날로 높아져, 전 세계적으로 가격 경쟁력에 비상이 걸리고 있는 중이다.

이러한 가운데 국내 연구진이 기존 영구자석 선형전동기(리니어 모터)를 대체해 정밀위치제어가 가능하면서도 훨씬 저렴한 비용으로 제작 가능한 새로운 형태의 선형전동기를 최초로 개발하는데 성공했다.

한국전기연구원(원장 김호용, www.keri.re.kr) 정시욱 박사팀은 최근 국내 선도 산업군인 반도체, IT, 디스플레이 분야 제조 설비에서 마이크로미터(㎛)급 정밀위치제어(1㎛=0.001㎜) 및 이송용 장비로 광범위하게 사용되고 있는 영구자석 리니어모터(Linear Motor)에 비해 훨씬 낮은 비용으로 생산이 가능한 ‘희토류 영구자석 저감형 고정밀 위치제어용 전동기 기술(이중돌극형 영구자석 선형전동기)’을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

최근 고속화, 고정밀화 및 청정화에 따른 추세로 기존 기계적인 방식을 이용한 직선 이송 시스템을 리니어 모터로 대체하는 노력들이 다양한 산업분야에서 진행되고 있다. 특히 반도체 디스플레이와 같이 세계 시장을 선도하고 있는 분야에서 기존 시스템의 한계를 극복하기 위해 리니어 모터의 적용이 증대되고 있으며, 장거리 이송시스템으로의 확산이 진행되고 있다.

그러나 희토류계 영구자석 재료의 가격 상승으로 인해 기존 영구자석 리니어모터와 동등 수준의 성능을 구현하면서도 희토류 영구자석 사용량을 줄이는 기술의 수요가 늘고 있다.

이 기술은 기존 영구자석 리니어 모터와 동등 수준의 성능을 구현하면서도 고정자에 영구자석을 N-S-N-S…형태로 배치하지 않고, 영구자석을 N-철심-N-철심…형태로 배치하므로 영구자석의 전체 갯수는 절반으로 줄어들게 된다.

다만, 영구자석 1개의 부피는 조금 더 커진다. 따라서 리니어 모터 가격에 절대적인 비중을 차지하는 영구자석의 총 사용량은 40%가량 줄어들게 되며, 이를 통해 선형전동기의 가격을 대폭 줄일 수 있게 된다.

리니어 모터의 가격은 영구자석이 부착된 고정자가 차지하는 비중이 절대적이고 그 중에서 영구자석 가격이 가장 큰 부분을 차지하므로 영구자석의 양을 40% 정도 줄이면, 산술적으로 사용하는 영구자석 비용을 40% 정도 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

또한 기존 영구자석 리니어 모터는 단부효과로 인해 추력의 맥동이 크지만, 개발된 기술은 단부효과를 효과적으로 줄여 추력과 수직력의 맥동을 최소화하고 소음과 진동을 줄이면서 정밀한 위치 제어가 가능하다.

단부효과는 영구자석 선형전동기에서 추력 맥동을 발생시키는 가장 큰 요소이며, 영구자석의 배치 간격과 동일한 맥동의 주기를 가지게 된다. 대부분의 영구자석 선형전동기 제조사들은 이 단부효과를 줄이기 위한 독자적인 특허를 가지고 있는 실정이다.

개발된 형태는 전세계적으로 시도된 적이 없는 새로운 형태로 KERI가 국내외 독자기술 특허를 보유하고 있다. 회전형 전동기(Rotational Motor)로 구현할 경우 다극의 전동기로 구현이 용이하여 저속 직접 구동이 가능하다.

연구팀은 지난해 고정자에 영구자석을 아예 사용하지 않는 자속역전 리니어 모터도 개발한 바 있다. 자속역전 리니어모터는 고정자에 영구자석이 없다는 장점이 있으나, 큰 추력이 요구되는 가속/감속 운전의 경우 상대적으로 기존의 영구자석 리니어모터보다 불리한 형편이다. 이번 이러한 단점을 보완하면서도 영구자석 사용량을 절감할 수 있는 형태가 이번에 개발된 이중돌극 영구자석 리니어 모터이다.

정시욱 박사는 “이번에 개발된 리니어모터 기술은 정밀위치제어응용 시스템, 직접구동 장거리 반송시스템, 자동화장비, 반도체 및 디스플레이 제조 장비의 이송용 구동기, 공작기계, 검사장비의 이송계, 로봇 등 다방면에 걸쳐 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

[TECH TIP]
리니어 모터(선형전동기; Linear Motor)란

리니어 모터는 쉽게 말해 회전형 전동기를 축 방향으로 자른 뒤 양 옆으로 평평하게 펼쳐 놓은 것과 같은 것이라 생각하면 된다. 기존 일반 모터가 회전형의 운동력을 발생시키는 것과 달리, 직선방향으로 미는 힘인 추력을 발생시키는 점이 다르지만, 동작원리는 근본적으로 같다.

반도체 및 디스플레이 공정 등 직선운동이 필요한 시스템에서는 일반적으로 회전형 모터의 회전력을 직선운동으로 변환해주는 기어, 벨트 등의 추가적인 기계변환장치가 요구되나 리니어 모터는 이러한 추가 장치가 필요하지 않아 시스템 구조가 간단하고 손실이나 소음이 발생하지 않는 장점을 갖고 있다.

따라서 리니어 모터를 이용한 직선구동 시스템은 기존의 회전기를 이용한 선형(리니어) 이송 장치에서 나타나는 복잡한 기계적 구조를 단순화할 수 있고, 분진 및 먼지 발생으로 인한 잦은 유지 보수의 폐단을 해소할 수 있다.

리니어 모터는 산업전반에 걸친 기초 기반 제품으로 활용되고 있으며 특히 반도체 산업 및 IT 산업의 발전에 따라 관련 장비업체의 수요가 증가하고 있다. 직선운동을 필요로 하는 다양한 분야에 적용되며, 공장자동화, 물류시스템용 이송장치와 와이어본더 등의 반도체 생산기계, 차세대 엘리베이터, 모노레일, 계측장비, 의료기기, 영상 및 오락산업의 모션카메라, 모션 시뮬레이터 등의 분야에 폭넓게 적용되고 있다.

특히 기계의 직선운동에 있어 위치결정 정도가 가능해 반도체산업, 로봇산업, 자동차산업, 공작기계산업 등의 발전에 크게 기여하고 있다.

KERI는 90년대 초반부터 횡자속 리니어 모터에 대한 연구개발을 시작해 지난 2006년 세계 최초로 LCD 및 반도체 물류 이송 장치에 상용화하는데 성공하는 등 관련 기술을 축적하고 있다.

아이씨엔 매거진 2012년 05월호

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힐셔, 산업용사물인터넷 지원 netIOT 활용방안 제시

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힐셔 netIOT

산업용 통신 솔루션 선두업체인 힐셔(Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH)는 11월 2일(금), 인터컨티넨탈 서울 코엑스에서 기자 간담회를 개최하여 힐셔의 혁신적인 netIOT 전략 및 netIOT 인터페이스의 다양한 솔루션을 활용한 IoT 기술 활성화 방안에 대해 소개하는 자리를 가졌다.

힐셔 netIOT

netIOT

힐셔 프로덕트 매니저인 크리스토프 훙어(Christof Hunger)는 “IoT 시장이 성장함에 따라 설비 제조업체들은 필드 디바이스의 정보를 기반으로 예방적 유지보수, 상태 모니터링과 같은 새로운 클라우드 기반의 부가가치 서비스를 구현하고자 한다”며 “힐셔는 디바이스 제조업체들이 힐셔의 netIOT 인터페이스 솔루션을 이용해서 산업용 이더넷, 트랜스페어런트 이더넷(Transparent Ethernet)과 함께 OPC UA 서버 및 MQTT 클라이언트 기능을 쉽게 추가할 수 있도록 더욱 집중하였고, 힐셔 솔루션을 통해 고객들이 스마트 팩토리를 구축하는데 도움이 되길 바란다.” 라고 말했다.

인더스트리 4.0과 IIoT는 4차 산업혁명으로 센서에서 클라우드까지 지속적인 통신을 요구한다. 힐셔는 이를 산업용 클라우드 통신이라 칭하고 고객들이 Industry 4.0, 스마트팩토리 및 IoT를 구현하도록 돕기 위해서 힐셔 netIOT 제품군이라는 솔루션을 구축하고, 지속적으로 프로모션을 진행하고 있다. netIOT는 netIOT 서비스(Service), netIOT 엣지(Edge), netIOT 인터페이스(Interface)와 같이 총 3개의 영역으로 구분된다. 특히 netIOT 인터페이스는 IoT 기능을 갖는 netX기반의 통신제품으로 netIC IOT와 같은 모듈형 제품을 생산 및 공급하고 있다.

힐셔 넷프록시

netPROXY

 

netIC IOT는 필드 디바이스용 지능형 멀티 프로토콜 모듈로 하나의 하드웨어만으로 모든 Real-Time Ethernet 슬레이브 프로토콜을 지원한다. OEM 고객들은 엔지니어링 툴을 이용하여 고객 어플리케이션 소프트웨어에서 한번만 개발하면 되는 고객 디바이스용 프로토콜 독립형 객체 모델을 생성한다. 네트워크 프로토콜 변경은 툴 내에서 ‘Build Process’를 통해 전적으로 진행되기 때문에 어플리케이션에 필요한 네트워크 별 조정이 없으며 OEM은 정확히 하나의 하드웨어와 소프트웨어 설계로 진정한 멀티 프로토콜 디바이스를 구현할 수 있다.

힐셔코리아 원일민 지사장은 “스마트 팩토리의 구축에 있어 가장 중요한 포인트는 IT영역과 OT영역의 연결에 있다”고 언급하며, “힐셔는 netIOT를 통해 시스템 설치시 발생할 수 있는 리스크를 최소화시킬 수 있게 하고자 한다. 기존OT영역의 사용자들이 IT영역으로 데이터를 전송하거나 클라우드에 연결함에 있어서 사용자의 실수나 의도치 않은 수고를 덜어줄 수 있는 제품과 서비스를 지원하고 있어 시스템 설계나 설치시 발생할 수 있는 오류나 리스크를 최소화 시켜준다”고 덧붙혔다.

힐셔 netIOT 제품에 대한 자세한 설명은 홈페이지 https://www.hilscher.com/products/product-groups/industrial-internet-industry-40/ 에서 확인할 수 있다.

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[포토] PTC, 3D CAD에 증강현실 접목해 디지털 트윈 현실화

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'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

'2018 코리아 CAD 서밋'에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다.

(사진. PTC 코리아)


PTC코리아가 10월 18일 개최한 ‘2018 코리아 CAD 서밋’에서 증강현실(AR)을 통한 디지털 트윈을 체험하고 있다. PTC의 3D CAD 소프트웨어 크레오(Creo®) 5.0은 디지털 트윈 솔루션을 현실화한 세계 최초이자 유일한 기술로 제품의 면면에 증강현실을 적용하여 물리적 세계와 디지털 세계를 연결한다. (사진. PTC 코리아)

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2016 스마트테크쇼, 6월 8~10일 코엑스서 개최

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인공지능 시대를 전망하고 사람을 위한 스마트 기술을 소개하는 ‘2016 스마트테크쇼(Smart Tech Show 2016)’가 6월 8일부터 10일까지 코엑스에서 개최된다. 

본 행사는 ‘Smart Tech for Human’라는 슬로건 아래, ▲드론/로봇 ▲가상/증강현실 ▲에듀테크 ▲스마트 모빌리티 ▲리테일테크 ▲3D프린팅 등 주요 이슈를 선정하여 국내 대표 스마트 기술 컨퍼런스 및 전시회를 개최하며, 관련 산업 간의 시너지를 창출할 수 있는 비즈니스의 장을 마련한다. KT, LG전자, ADT 시큐리티, 프로차일드, 한국과학기술원, 경북대학교 산학협력단 등 각 분야별 주요 기업·기관 125개사 400부스 규모로 이루어질 예정이다. 

유통과 IT산업의 융합을 위한 자리로 스마트 기기 체험과 첨단 리테일 솔루션을 접목한 리테일&테크 특별관이 구성되어 IT/유통산업 관계자를 대상으로 앞으로의 IT 리테일샵이 나아갈 방향을 제시한다. 더불어 한국마이크로소프트와 SGA임베디드 주최로 ‘스마트 리테일에 최적화된 MS IoT 솔루션 세미나’를 개최하여 리테일에 스마트한 혁신을 가져올 솔루션을 소개하는 자리를 마련한다. 

◇인공지능 시대, 일자리 전망 콘퍼런스 개최 

본 전시회와 더불어 ‘인공지능 시대의 일자리 창출과 직업능력 개발’을 주제로 분야별 전문가를 초빙하는 전문 콘퍼런스가 6월 8일과 9일 이틀간 열린다. 

첫째 날은 IBM 김연주 상무와 국내 대표 뇌공학자인 카이스트 정재승 교수의 기조강연과 핀란드 미래학자 마르쿠 윌레니우스(Markku wilenius) 교수의 특별강연을 시작으로 스마트기술의 산업과 일자리에 대해 블록체인OS 박창기 대표와 한국직업능력개발원 김영생 박사의 강연이 이어질 예정이다. 

둘째 날은 ‘새로운 일자리 창출 엔진으로서의 VR 그리고 교육훈련 플랫폼으로서의 가능성’에 대한 한국VR산업협회 현대원 회장의 발표와 ‘에듀테크가 가져올 교육의 혁명적 변화를 주제’로 휴넷 조영탁 대표의 기조연설 후에 스타트업 케이스 스터디를 통해 스마트시대에서 일하기 위한 우리의 성공 전략을 짚어볼 예정이다. 

◇드론에 스마트 기술의 미래를 담다 

드론 관련 신기술 촉진과 국내 드론산업 활성화를 목적으로 6월 대규모 드론 이벤트가 열린다. 드론톤은 우수한 엔지니어와 창의적인 메이커들이 드론 관련 기술을 뽐내는 자리로, 4인 1조로 팀을 꾸려 드론을 직접 제작하고 완성된 기체로 드론 게임을 진행하여 완성도와 비행능력을 종합하여 우승자를 가리게 된다. 

드론 조작에 능숙한 유저라면 도전해 볼 만한 대회도 있다. 다양한 장애물 통과 미션을 통해 드론 실력자를 가리는 ‘드론챌린지’가 9일 개최된다. 우승자에게는 최신 스마트 모빌리티가 수여되며, 참가를 원하는 이는 한국FPV협회 홈페이지를 통해 신청 가능하다. 

그밖에 스마트카, O2O, 핀테크 등 분야별로 이루어지는 테크니컬 세미나와 국내 대표 엑셀러레이터간 의 공동 데모데이를 통해 참가기업과 바이어 간의 비즈니스 기회를 마련한다. 

본 행사는 홈페이지에서 온라인 사전등록 시 무료로 관람할 수 있다.

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