산업용 정밀 모터의 핵심부품, 희토류 영구자석 솔루션

산업용 정밀 모터의 핵심부품
희토류 영구자석 솔루션

자화전자가 국내에서 유일하게 개발, 생산하고 있는 Nd 소결 자석은 높은 특성과 신뢰성을 필요로 하는 리니어 모터, AC 서보 모터의 핵심 소재로 널리 활용되고 있으며, LCD 장비 부품에 사용되는 자석 기어(Magnet Gear)는 국내 점유율이 30%에 이른다. 자화전자의 자석 솔루션은 국내 주요 리니어 모터 업체를 비롯해 자동차, 가전 등 다양한 분야에 공급되고 있으며, 휴대 전화기용 최첨단 초박형 진동모터는 세계시장의 25%를 차지하고 있다.



자화전자는 지난 1982년 전량 수입에 의존하던 컬러 TV, 모니터의 전자빔 접속장치인 PCM(Purity Convergence Magnet)을 국내 최초로 자체 개발에 성공하고, 83년에는 PTC 써미스터(Thermistor)의 개발에 착수, 8년간의 연구활동을 통해 국산화를 이루고 일본이 독점하던 세계시장에 진입했다. 현재 자화전자 PCM의 세계시장 점유율은 56%를 차지하고 있으며, PTC 써미스터는 세계 30%의 시장점유율을 기록하고 있다.
 

자화전자는 1988년 7월에 연구소를 설립하고 매년 매출액의 3% 이상을 연구개발에 집중 투자하고 있으며, 현재 27명의 전문 엔지니어들이 매년 신제품을 개발, 출시하고 있다. 또한 이미 30여 종의 특허 및 실용신안을 보유하고 있으며, RIST 및 충북대학 등 산학협동에 의한 신기술 공동개발에도 전력을 다하고 있다. 2003년 6월에는 국가지정연구소(NRL)로 선정되어 희토류 영구자석 부문에 대한 집중적인 연구활동이 진행되고 있으며, 현재 45H Grade의 희토류 소결자석제품이 출시 중이다.

 

진동모터 시장에서 급성장

그림 1. 영구자석의 마켓점유 현황

자화전자의 자석(MAGNET) 사업군은 Nd 소결 자석을 중심으로 Nd 본드자석, 플리스틱 자석, 고무자석 등의 사업이 진행되고 있다. 이들 제품의 대부분은 국내 가전업계와 자동차, 산업용 정밀 모터의 핵심 부품으로 공급되고 있다.

이중 Nd 소결 자석은 국내에서 유일하게 개발, 생산하고 있는 제품으로 현재 높은 특성과 신뢰성을 필요로 하는 리니어 모터, AC 서보 모터 업체에 주로 공급하고 있다. LCD 장비 부품으로 들어가는 자석 기어(Magnet Gear) 제품은 국내 점유율이 30% 이상에 이르고 있으며, 대만, 중국에서도 주문이 급증하고 있는 추세다. 이는 저가의 중국산 제품과 차별화된 높은 품질과 균일한 제품 특성을 가지고 있어 고객의 신뢰를 얻고 있기 때문이다.

한편 자화전자는 가격 경쟁력을 확보하기 위해 점진적으로 중국 천진공장을 적극 활용할 계획이다. 국내 주요 고객을 대응하기 위해서는 현재의 청주공장을 적극 활용하여 고품질, 가격우위의 제품을 공급해 나간다는 전략을 세우고 있다.

NdFeB 소결 자석(Sintered MAGNET)은 MRI, 음향기기, 모터, HDD에 주로 사용되며, 영구자석 중 최고의 특성을 보유한 제품이라고 할 수 있다. Nd 소결 자석은 제품의 핵심 기능을 수행하는 부품에 적용되므로 제품 특성과 더불어 환경에 대한 신뢰성도 매우 중요하다.

국내에서는 자화전자가 2002년 처음으로 리니어 모터에 적용되는 44H GRADE의 높은 특성을 보유한 제품을 개발해 국내 ‘A ‘ 업체와의 협력을 기반으로 시장을 확대해 나가고 있으며, 대부분 일본 제품이나 저가의 중국제품이 점유하고 있었던 관련 국내 시장에서 국산화 점유율을 점차 높여가고 있다.

특히 Nd 소결 방사 링 자석(Sintered Radial Ring Magnet)은 전세계적으로 Nd-Fe-B계 방사링 자석 제품을 개발한 일본의 한 업체에 의해 독점적으로 공급되고 있으나 한국 내에서는 자화전자가 최초로 개발에 성공함으로써 지난 2002년부터 생산 및 판매가 이루어지고 있다. 방사링 자석은 자석의 착자 방향이 중심에서 방사방향으로 향하도록 특수하게 제조된 자석으로 AC 서보 모터, BLDC 모터, 리니어 모터, 자동차 EPS 등과 같은 구동용 부품에 사용되고 있다.

현재 주요 고객은 국내 주요 리니어 모터 업체를 비롯해 자동차, 가전 등 다양한 분야에 공급되고 있으며, 휴대 전화기용 최첨단 초박형 진동모터는 세계시장 25%를 차지하고 있다.
 

세계시장 점유율 확대
 

그림 2. 일본의 Nd-Fe-B 자석의 애플리케이션 현황

Nd-Fe-B계 자석의 애플리케이션별 시장규모 변화를 살펴보면 모터분야가 빠르게 확대되고 있는 추세다. 일본 시장의 경우 지난 1997년에 불과 15%에 불과했던 모터 시장의 비중이 2000년 24%, 2003년 34% 등의 성장세를 기록하며 최근까지 큰 폭의 증가세를 나타내고 있다.

영구자석(Permanent Magnet)은 한번 자성이 부여되면 그 자성을 영구히 보전하는 성질을 가지고 있으며, 전기 에너지를 기계 에너지로 변환할 수 있다. 따라서 전자석의 용도를 대체하면서 에너지 절감에 기여하는 것은 물론 자석의 고성능을 기반으로 고기능, 소형의 제품을 개발할 수 있다.

우수한 영구자석의 소재가 되기 위해서는 높은 자기 이방성(Magnetic Anisotropy)이 요구된다. 자기 이방성은 자석의 자기특성을 측정할 경우, 측정 방향에 따라 각각 다른 자기특성을 나타내는 성질 혹은 특정방향으로 자기화를 선호하는 현상(자화용이축, 자화곤란축)을 말한다.

자기 이방성에는 고유의 특성(Intrinsic Property)과 결정구조에 의한 결정 자기 이방성(Hard Ferrite, Sm-Co, Nd-Fe-B)과 자왜이방성(응력자기이방성), 그리고 외부 특성(Extrinsic property)에 따른 형상 자기 이방성 등이 있으며, 이는 자성상의 형태에 의해 자화곤란 혹은 자화용이 축이 결정된다. 이외에도 교환자기이방성, 유도 자기 이방성(자장 중 열처리, 소성가공, 조사) 등이 있다.

자화전자는 창립 초기부터 플라스틱 자석의 일종인 PCM을 개발해 왔다. PCM은 컬러브라운관의 화질을 향상시키기 위해 전자총에서 발생된 적, 녹, 청 3종의 전자빔을 중심이 일치하도록 집속시켜 색순도를 보정하는 플라스틱 자석의 일종이다. 현재 HDTV, 디지털용 등 모든 종류의 PCM을 생산하고 있으며, 2003년 매출액은 256억원으로 세계시장의 56%를 점유하고 있다.

PTC 써미스터는 일종온도 이상 올라가면 급격히 저항값이 증가하는 세라믹 반도체의 일종으로 인터넷 보급과 디지털 방송의 확대로 탈자용 PTC 시장수요가 급격히 증가하고 있다. 자화전자는 세계시장 점유율 30%를 기록하고 있으며, 국내시장에서는 85% 이상을 차지하고 있다.

진동모터는 휴대형 전화기, 무선 호출기에 사용되는 최첨단 초박형 모터로 소비전류 절감 및 체감 진동력을 강화한 제품으로 시장에서 좋은 평가를 얻고 있다. 자화전자는 1998년 국내 최초로 코인 타입 개발에 성공했으며, 지난 2003년 코인형 진동모터의 매출액은 약 260억원으로 세계시장 점유율 15%를 기록하고 있다.

그림 3. 자석 특성에 따른 애플리케이션 영역

자화전자는 전자부품의 기초소재에 해당하는 자석분말을 자체적으로 신규 개발하고 신뢰성을 유지할 수 있는 기술력을 보유함으로써 경쟁업체들과 비교해 우수한 품질을 일관되게 유지하고 있다. 또한 설립 초기부터 매출액의 상당 부분을 연구 개발비에 투자하면서 R&D에 주력하고 있다. 해마다 8~9개의 연구과제가 분야별로 수행되고 있으며, 평균 2~3년에 한번씩 기술개발에 성공, 신제품을 출시하면서 마켓에서 경쟁우위의 입지를 확고히 하고 있다.