전자부품의 생산 효율성 향상을 위한 모터 기술 솔루션
‘에너지 효율성’과 ‘디지털화’는 수년간 전자 부품 수요 증가를 이끌어 온 대표적인 메가트렌드다. 이같은 흐름은 생산 라인은 물론, 가정용 기기와 에너지 산업 전반에 걸쳐 영향을 미치고 있다. 수많은 센서가 탑재된 생산설비, 저울이 통합된 주방 가전, 자율주행 차량, 터치스크린의 터치 인식 기술 등 다양한 요구 조건을 갖춘 조립형 인쇄회로기 판(PCB)은 오늘날 거의 모든 제품에 사용되고 있다. 이처럼 급증하는 조립형 PCB 수요에 대응하기 위해서는 전자 제조 공정에 적합한 모터 및 드라이브 솔루션이 반드시 뒷받침돼야 한다.
• 에너지 효율성: 환경 보호를 위한 법적 규제와 글로벌 트렌드에 발맞추기 위해 제조업체는 자사의 생산 활동이 환경에 미치는 영향을 면밀히 검토하고, 에너지 소비를 줄이는 동시에 에너지 효율성을 개선하기 위한 노력을 기울여야 한다. 에너지 절감 및 효율 향상은 단순히 규제를 준수하는 차원을 넘어, 기업의 비용 절감과 수익성 향상 에도 직접적인 기여를 한다. 이러한 목표 달성을 위해서는 고효율 전기 구동 기술의 도입이 필수적이다.
• 디지털화 및 IoT: 스마트 팩토리의 기반은 기계 및 전체 시스템의 디지털 네트워크 구축과 데이 터를 활용하는 역량에 달려 있다. 산업 자동화 분야에서는 시스템 간 연결성과 운영 데이터를 분석하는 능력이 디지털 서비스를 활용하기 위한 전제 조건이다. 전자 제조 장비 공급업체들은 IIoT(산업용 사물인터넷) 기술을 통해 클라우드 컴퓨팅, 신호 처리, 데이터 분석 기능을 활용하고 있다. 이러한 스마트 기능은 생산 전반을 실시간 모니터링하고, 오류를 조기에 감지하며, 기계의 상태를 예측해 유지보수를 선제적으로 실시할 수 있도록 한다.
전자 제조의 글로벌 마켓
전자 제조 산업의 시장 가치는 약 5800억 달러로 추산되며, 2029년 에는 약 7730억 달러에 이를 것으로 전망된다. 스마트 팩토리, 즉 인더스트리 4.0의 도입은 전자 제조의 효율성과 생산성을 크게 향상 시키고 있다. 또한IIoT와 AI 분야의 발전은 모니터링과 예지보전 기능을 통한 효율 향상 덕분에 시장 성장을 지속적으로 견인하고 있다. 비록 전자 제조 산업이 아직 기대 수준의 지능화와 자동화 단계에 도달하지는 않았지만, 인더스트리 4.0의 지속적인 발전은 이러한 비전을 실현하는 데 있어 기반을 마련하고 있으며, 이는 전자 제조 시장의 최신 트렌드에서도 확인할 수 있다.
DC 모터 기술, 다양한 과제에 대한 해답
개별 생산 단계뿐만 아니라 그 사이의 핸들링 과정에서도 자동화 수준이 향상되 면서 매우 효율적이고 재현 가능한 제조 공정을 구현할 수 있게 되었다. 이는 특히 숙련 인력 부족과 인건비 상승이 지속되는 상황에서 반드시필요한 조건이며, 전기 모터 기술을 통해 실현할 수 있다. 또한 최근 몇 년간 에너지 비용이 증가함에 따라 높은 수준의 자동화뿐만 아니라 연결성 확보와 에너지 효율적인 부품의 활용 역시 필수적인 요소로 부상하고 있다.
▲ 인쇄회로기판(PCB)의 생산은 수많은 개별 공정 단계로 구성되며, 이 모든 단계는 극도의 정밀도로 수행 되어야 한다. 전기 모터 기술은 반도체 생산부터 전자 부품 조립, 물류 관리에 이르기까지 전체 가치 사슬 전반에 걸쳐 활용되고 있다.
모터 기술의 작동 원리 및 성능 비교
스테퍼 모터부터 브러시드 또는 브러시리스 DC 모터, 비동기 모터에 이르기까지 각 모터 기술은 특정 애플리케 이션에 적합한 고유한 특성을 지니고 있다. 어떤 특성을 가장 중요하게 여기는지는 제조업체나 최종 사용자의철학에 따라 달라질 수 있다. 다음 표는 다양한 모터 기술의 제품 특성을 간단히 비교한 것이다.
<표> 모터 기술별 주요 성능
전자 제조 산업은 역동적인 성능, 에너지 효율성, 그리고 장비 수명의 연장이라는 점에서 갈수록 높은 요구에 직면하고 있다. 이로 인해 많은 고객들이 브러시리스 DC 모터를 선택하고 있다. 브러시리스 모터는 초기 비용이 다소 높을 수 있으나, 그 투자를 정당화할 만한 상당한 이점을 제공한다. 대표적인 장점으로는 매우 긴 수명과 사실상 유지보수가 필요 없는 구조, 그리고 디지털 서비스를 통합해 제어 및 최적화 수준을 한층 더 높일 수있는 가능성이 있다.
▲ Dunkermotoren BG 66 브러시리스 모터
예지보전을 위한 디지털 서비스
예지보전은 모터를 단순한 구동 장치가 아닌 센서로 활용하여, 기어모터 전체의 상태를 실시간으로 모니터링하는 기술이다. 기어 모터 내부의 마모나 결함은 일반적으로 마찰 증가 등 물리적 변화를 일으켜 토크와 전류 변화로 나타난다. 대부분의 모터에는 온도 센서와 엔코더가 장착되어 있어 추가 센서 없이도 이러한 변화를 감지하여 정확한 마모 상태를 파악할 수 있다.
▲ 예측적 유지보수를 나타내는 단면
전통적인 제어 시스템(PLC)은 센서 데이터를 일시적으로 수집하여 제어에 활용하지만, 장기적인 데이터 분석이나 AI 기반 예지보 전을 위해서는 별도의 접근 방식이 필요하다. 이때 엣지 게이트웨 이와 도커 컨테이너를 활용하면 모터의 소프트웨어 모듈을 IIoT 시스템에 통합하여 MQTT나 OPC UA와 같은 인터페이스를 통해 실시간으로 상태를 모니터링할 수 있다.
이를 통해 고장을 사전에 감지하고 예지보전 전략을 효과적으로 실행할 수있다.추가적으로, 에너지 모니터링을 통해 모터의 에너지 소비를 실시 간으로 추적하여 CO₂ 배출량을 평가하거나 애플리케이션의 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 디지털 트윈 기술을 활용하면 클라우드 서비스를 통해 제조업체와 데이터를 공유하여 기어모터의 운전 상태에 대한 심층적인 통찰을 얻을 수 있다.
▲ 디지털 트윈 기반의 예측적 유지보수: 기어박스 내부 상태를 데이터 기반으로 시뮬 레이션하고 분석 가능하다
세이프 토크 오프(Safe Torque Off, STO)
STO(Safe Torque Off)는 모터가 비상 상황에서 토크를 발생시키지 않도록 차단하는 핵심 안전 기능이다. 이를 통해 장비의 예기치 않은 움직임이나 작동을 방지해 작업자와 주변 인원의 안전을 확보할 수 있다. 산업용 기계, 컨베이어 벨트, 로봇 시스템 등 안전이 중요한 애플리케이션에서 특히 유용하게 활용된다. 전원이 공급된 상태에서도 토크를 차단함으로써 사고와 부상의 위험을 크게 줄일 수 있으며, STO 기능은 독립 인증을 통해 안전 규정 준수도 보장된다.
기어모터 선정 체크리스트
운송 시스템부터 픽앤플레이스 애플리케이션, 납땜 장비에 이르기까지 높은 수준의 자동화는 효율성을 향상시키고 국제 전자 제조 시장 에서의 경쟁력 제고로 이어진다. 적절한 모터를 선택하기 위해서는 해당 애플리케이션의 특성과 운전 조건을 고려해야 하며, 이는 상황에 따라 달라질 수 있다. 따라서 모터 선정 및 사양 산정(dimensions)을 시작하기 전에, 다음과 같은 항목들을 개별 프로젝트에 맞춰 사전에 명확히 해두는 것이 중요하다.
요약
전자 제조 산업에서는 자동화 수준의 향상이 효율성 증대와 경쟁력 강화를 위한 핵심 요소로 작용한다. 이러한 전환 과정에서 전기 기어모터 솔루션은 각종 자동화 장비의 핵심 구성 요소로 자리잡고 있다. 적절한 모터 기술의 선택과 정확한 사양 산정을 위해서는 프로젝트의 개별 요구 조건을 기반으로 다양한 요소들을 신중히 검토해야 한다.
성급한 결정은 잘못된 드라이브 사양으로 이어질 수 있으며, 이로 인해 요구되는 속도나 효율을 충족하지 못하는 모터가 선택될 가능성이 있다. 또한 신뢰성이 떨어지는 저품질 모터는 예상치 못한 추가 비용과 자원 낭비를 초래할 수 있다. 이러한 문제는 적절한 모터 솔루션을 통해 충분히 예방할 수 있다. 비용 효율적인 의사결정을 위해서는, 사전에 필수 기술 사양과 단순히 ‘있으면 좋은’ 요소를 명확히 구분하는 것이 중요하다.
자료제공: Dunkermotoren(www.dunkermotoren.com)
