▲ ▲전기연구원 정시욱 박사팀이 개발한 ‘이중돌극형 영구자석 선형전동기’. . ▲전기연구원 정시욱 박사팀이 개발한 ‘이중돌극형 영구자석 선형전동기’.

중국 등 자원부국에 의한 희토류자원 무기화가 현실로 나타나고 있는 가운데 희토류가 사용되는 전동기 영구자석의 사용량을 절반으로 줄인 획기적인 전동기가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원(KERI, 원장 김호용) 정시욱 박사팀은 ‘희토류 영구자석 저감형 고정밀 위치제어용 전동기 기술(이중돌극형 영구자석 선형전동기)’을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

최근 반도체, IT, 디스플레이 분야 제조 설비에서 마이크로미터(㎛)급 정밀위치제어(1㎛=0.001㎜) 및 이송용 장비로 광범위하게 사용되고 있는 영구자석 선형전동기(Linear Motor)를 대체할 수 있는 신개발 전동기는 고정자에 배치되는 자석수를 반으로 줄이면서도 기존 선형전동기와 같은 성능을 구현할 수 있다.

선형전동기는 최근 고속화·고정밀화·청정화 추세에 따라 반도체·디스플레이 분야를 중심으로 종래의 기계적 직선 이송 시스템을 빠르게 대체해 나가고 있으며 장거리 이송시스템으로도 확산되고 있다.

그러나 핵심소재로 사용되는 희토류계 영구자석 재료의 가격 상승으로 영구자석 사용량 저감 기술에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다.

선형전동기 가격은 고정자의 비중이 절대적이며 그 중에서도 고정자에 부착된 영구자석이 가장 큰 부분을 차지한다는 것이 연구원 측의 설명이다.

이번에 정 박사팀이 개발한 기술은 N극과 S극을 교대배치하는 기존의 배열방식이 아닌 N극과 철심을 번갈아 배치하는 고정자를 탑재하는 것이 핵심이다.

이를 통해 영구자석의 개수는 절반, 총 부피는 40%가량 줄이면서도 기존 제품과 같은 수준의 성능을 구현했다는 것이다.

연구원 측은 산술적으로 영구자석 관련 비용의 40%를 줄일 수 있을 것으로 보고 있다.

또, 기존 전동기 대비 단부효과를 줄여 추력 및 수직력의 맥동(주기적 변동)을 최소화함으로써 소음과 진동까지 줄여 보다 정밀한 위치 제어가 가능하다.

뿐만 아니라 이번에 개발된 고정자 기술을 회전형 전동기(Rotational Motor)에 적용하면 다극 전동기로 구현이 용이해 저속 직접 구동이 가능하다고 연구원 측은 덧 붙였다.

연구팀은 관련기술에 대해 국내특허 2건을 등록하고, 해외특허 3건을 출원했으며 이 기술이 향후 정밀위치제어응용 시스템, 직접구동 장거리 반송시스템, 자동화장비, 반도체·디스플레이 제조 장비의 이송용 구동기, 공작기계, 검사장비의 이송계, 로봇 등 다방면에 걸쳐 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

신소재경제
김성준 기자 sj@amenews.kr