정밀 모션 구성요소, 전기 자동차 제조기술 발전 견인
전기 자동차(EV) 시장은 수요 증가와 글로벌 정책 목표에 힘입어 상당한 성장세를 보이고 있다. 전기차의 인기가 높아짐에 따라 자동차 제조업체와 공급업체에게는 기회가 있지만, 새로운 전기차 생산 시설을 구축하거나 기존 시설을 개조하려면 상당한 자본 투자와 인건비가 수반된다. 또한 전기차 생산 공정은 공격적인 처리량 목표를 충족해야 한다.
자동화 시스템은 이러한 문제를 해결할 준비가 되어 있다. 로봇은 작업 셀 간에 부품과 자재를 운반하고 플러그 앤 플레이 하위 시스템을 통해 쉽게 전환할 수 있어 생산 시간과 비용을 절감할수 있다. 그러나 자동화된 전기차 작업에 적합한 모션 구성 요소를 지정하고 구현하는 것은 특히 리튬이온(Li-ion) 배터리 생산의 경우 까다로울 수 있다.
이 글에서는 오염 방지 및 유지보수 등 리튬 이온 배터리 제조와 관련된 문제점을 해결하는 방법에 중점을 두고 자동화된 전기차 생산을 위한 모션 부품에서 살펴봐야 할 기능과 속성에 대해 설명한다. 또한 올바른 모션 부품 공급업체가 이러한 어려움을 어떻게 해결할 수 있는지 설명한다.
전기차 생산을 위한 일반적인 모션 구성 요소
전기차 제조를 위한 자동화 생산 인프라를 구축할 때 적절한 모션 구성 요소를 지정하려면 몇 가지 측면을 신중하게 고려해야 한다. 여기에는 다음이 포함된다.
• 리니어 모션 롤링 가이드: 리니어 가이드는 한 작업 셀에서 다른 작업 셀로 물체를 이동하거나 용접, 조립 또는 분류와 같은 기타 자동화된 작업을 수행할 때 정밀하고 반복 가능한 동작을 제공해야 한다. 기계 관리 및 자재 취급에는 무겁거나 복잡한 하중이 수반되는 경우가 많다. 무거운 하중의 경우 궤도와의 접촉 면적이 넓은 롤러가 있는 선형 모션 가이드를 선택해야 한다. 원통형 롤러는 하중이 가해졌을 때 변형이 적어 강성이 높아진다.
볼 타입 직선 운동 롤링 가이드는 복잡한 하중에 특히 적합하며, 4지 점에서 궤도와 접촉하는 2열의 볼 구조로 되어 있어 높은 안정 성과 정확성을 제공한다. IKO는 안정적이고 반복 가능한 성능을 자랑하는 두 가지 유형의 가이드를 제공한다.
<그림1> 원통형 롤러로 제작된 리니어 롤러 가이드는 궤도와 더 많이 접촉하여 더무거운 하중을 처리하고 높은 강성과 탁월한 위치 정확도를 제공한다.
• 크로스롤러 베어링(CRB): 크로스 롤러 베어링은 반경 방향, 추력및 모멘트 하중을 동시에 처리하고 궤도면과 일직선으로 접촉 하도록 설계되어 뛰어난 강성, 하중 처리 능력 및 최대 정확도를 제공한다. 크기가 작기 때문에 차량 생산에서 물체를 배치하고 회전시키는 관절 암과 같은 소형 메커니즘에 적합하다.
• 메카트로닉스: 모듈식 생산 셀로 구성된 오늘날의 전기차 시설에 서는 점대점 리니어 모션이 매우 중요하다. 리튬 이온 배터리 제조에서 메카트로닉스 및 위치 결정 시스템은 무거운 하중과 고속 위치 결정이 필요한 공정에서 광범위하게 사용된다. 볼 스크류 구동 위치 결정 및 정렬 테이블은 추력과 높은 강성 덕분에 이러한 어플리케이션에 매우 적합하다. 예를 들어, IKO TX 초정밀 테이블은 터닝 머신에, AC 리니어 모터 구동 위치결정 테이블은 IKO의 SA-DE 정렬 테이블과 같이 고속, 고정밀 조립 기계에 높은 정확도와 빠른 응답을 제공한다.
<그림2> 리튬 이온 배터리 충전과 수명은 잘 보호된 모션 부품에 달려 있다.
리튬 이온 배터리의 안전 및 성능 위험
전기차의 핵심인 리튬 이온 배터리는 자동화 생산을 위한 모션 부품을 선택할 때 반드시 고려해야 하는 안전 및 성능 위험에 노출 되기 쉽다. 예를 들어 리튬 이온 배터리 생산에 사용되는 부품은 단락이나 열 폭주를 일으킬수 있는 구리 기반 물질이 없어야 하며 먼지나 오물을 발생시키지 않아야 한다. 또한 리튬은 수분과 습기에 반응하여 충전 성능과 배터리 수명을 저해한다.
다행히도 리니어 가이드와 기타 모션 구성 요소는 신중한 선택, 보호 및 적절한 윤활을 통해 리튬 이온 배터리 제조와 같은 까다 로운 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있다. 또한 모션 구성 요소 공급업체는 리튬 이온 배터리 제조 공정의 고유한 요구 사항을 충족하기 위한 수정 옵션을 제공한다.
IKO의 리니어웨이 및 리니어롤러웨이 리니어 롤링 모션 가이드 라인업에는 스테인리스 스틸 재질의 부품이 포함된 제품이 있으며, 요청 시 스테인리스 스틸 크로스 롤러 베어링도 공급한다.
스테인리스 스틸은 구리가 함유되어 있지 않아 녹 방지 오일이나 먼지 발생 그리스를 사용할 수 없는 곳에 적합하다. 리튬 이온 배터리 제조 조건에 맞게 직선 운동 롤링 가이드 및 기타 구성품을 맞춤 제작하는 방법은 다음과 같다.
• 먼지 발생이 적은 그리스: 깨끗한 환경에 이상적인 이 그리스는 특수 증점제와 합성 오일을 혼합하여 먼지 발생을 최소화하는 동시에 탁월한 녹 방지 기능을 제공한다.
• 녹 방지 표면 처리: 트랙 레일과 슬라이드 유닛의 블랙 크롬 표면 처리는 녹을 방지하는 데 도움이 된다. 또한 불소 수지 표면 처리로 이물질이 부품에 달라붙는 것을 방지한다.
• 먼지 및 오물 보호: 특수 와이퍼와 같은 액세서리는 엔드 씰, 레일 커버 플레이트, 시트 및 트랙 레일용 벨로우즈의 먼지를 방지한 다. 먼지 방지 효과를 최적화하기 위해 스크레이퍼와 이중 엔드 씰을 사용할 수 있다.
• 오래 지속되고 유지보수가 필요 없는 가이드: 많은 IKO 리니어 모션 가이드에는 자체 윤활제인 C-Lube가 포함되어 있다. 캐필러리 요소가 내장된 시스템으로 오래 지속되고 유지보수 없이 작동하여 시간과 비용을 절약할 수 있다.
<그림3> IKO C 와이퍼는 리니어 가이드의 롤링 요소와 외부 환경 사이에 장벽을 형성한다
설계 및 구현 과제 해결
예상 수요를 충족하기 위해 미래의 전기 자동차 제조 운영을 강화할 때 다음과 같은 문제에 직면할 수 있다.
• 짧은 전환 시간: 자동차 생산과 같은 적시 생산 산업에서는 제조 업체가 생산 시스템을 설계하고 구축하는데 몇 주밖에 걸리지 않는다. 교체 가능한 구성 요소를 사용하면 설계자는 새로운 어셈블리를 구축하지 않고도 단일 구성 요소를 유연하게 교체할수 있어 시간을 절약하고 재고 관리를 간소화할 수 있다.
• 공급망 문제: 모든 모션 부품 제조업체가 제품에 대한 즉각적인 수요를 처리할 수 있는 것은 아니다. 중요한 부품의 공급이 부족 하면 생산 일정과 출시 일정에 차질이 생길 수 있다.
• 환경적 고려 사항: 예를 들어, 리튬 이온 배터리 생산에 사용되는 부품은 구리 기반 물질이 없어야 하고 습기에 강해야 하며 먼지나 오물이 발생하지 않아야 한다. 열악한 환경에서는 일반적으로 맞춤형 장치와 공급업체의 노하우가 필요하다.
• 유지 관리: 때로는 유지보수를 위해 장비에 접근하기 어려울 수있으며 다운타임으로 인해 많은 비용이 발생할 수 있다.
이러한 어려움에도 불구하고 모듈형 전기차 제조 시스템의 일부로 장비를 가동하는 데 필요한 모션 부품을 확보할 수 있다.
IKO는 지연 없는 가용성을 보장하기 위해 미국 내 여러 지역에 기 성품 고성능 리니어 모션 가이드, CRB, 포지셔닝 테이블 및 스테 이지 재고를 대량 보유하고 있다. 또한 많은 리니어 제품은 상호 교환이 가능하므로 고객은 다양한 정확도 등급과 예압 설정에 따라 구성 요소를 혼합하여 사용할 수 있다. 즉, 제품을 빠르게 설치할 수 있으며 빠르게 변화하는 모듈식 자동화 시스템에서 다양한 구현에 맞게 쉽게 조정할 수 있다.
IKO 제품은 이러한 시스템에 필요한 정밀한 모션을 제공한다. 스테인리스 스틸 옵션, 보호 액세서리, 유지보수가 필요 없는 C루브 기술 및 전문가 맞춤화를 통해 리튬 이온 배터리와 같은 민감한 전기 자동차 부품에 문제가
발생하지 않고 안정적으로 작동하는 시스템을 구축할 수 있다.
현재와 미래의 전기차 제조 과제 해결
자동화된 전기차 제조와 관련하여 선택하는 모션 부품은 고성능을 제공하는 동시에 특정 모듈식 시스템에 적합한 특성을 제공해야 한다. 높은 정밀도, 반복성, 견고한 구조를 갖춘 모션 부품을 공급해온 이력이 있는 제조업체와 협력해야 한다. IKO의 제품과 노하우는 모듈형 제조 셀을 설계하고 제작할 때 발생하는 문제를 해결하는 데도움이 될 것이다. 빠르고 유연한 구현 및 전환, 안정적인 프로세스, 전기차 제조 운영의 처리량 증대를 달성할 수 있다.
자료제공: IKO(www.ikont.com)
