BLDC 모터 시장(上)
정밀구동을 위한 핵심부품으로 지속적인 수요 확대

BLDC모터는 정보 계열 모터와 파워 계열 모터로 나뉘는 가운데, 근래에는 보다 소형화한 2.5인치 HDD로의 전환수요가 증가하고, 파워계열 수요의 증가가 맞물리면서 세계시장은 매년 확대 경향을 보이고 있다. 특히, BLDC모터가 소형로봇을 비롯한 자동화 전용 기기에서 활약하며 로봇업계에서의 관심도 높다. 본 내용에서는 이러한 BLDC모터의 국내외 시장동향을 살펴봄으로써 향후 로봇산업 발전 방향 예측에 도움을 주고자 한다.

사진. JC International

기술(제품)의 개요
모터(Motor)란 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치를 의미하는 것으로 전동기라고도 불리며, 크게 직류 전동기인 DC모터와 교류 전동기인 AC모터로 구분할 수 있다.
AC모터는 외부 고정자와 내부 회전자로 구성되어, 교류 전류가 고정자 권선에 공급되면 전자기 유도에 의해 자기장이 변화되고, 이 때 회전자에서 회전하는 자기장에 의해 유도 전류가 생기며, 토크에 의해 회전자에 있는 축에서 회전력이 발생하는 것으로 60㎐ 주파수를 그대로 이용하거나 주파수를 변조하여 사용된다.
한편, DC모터는 정류된 전원을 사용하는 것으로 주파수가 없으며, 고정자로 영구자석을 사용한다. 또 회전자로 코일을 사용하며, 전기자에 공급되는 전류 방향을 회전각도에 따라 전환시켜 줌으로써 회전자를 회전시킬 수 있는 자극의 변화를 만들어주는 역할을 하는 브러시와 커뮤테이터로 구성되어 있다. 회전력은 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발 및 흡인력으로 제어하므로 회전제어가 쉽고, 기동토크가 크다는 장점이 있는 반면에 브러시와 정류자에 의한 기계식 접점이 있어 노이즈 및 소음, 짧은 수명 등의 단점이 있는데, 이러한 단점을 보완하기 위해 브러시를 없애고 대신 트랜지스터를 이용한 것이 브러실리스 DC모터(Brushless DC Motor; BLDC Motor)이다.
일반적인 DC모터는 자석이 고정되어 있고, 코일이 회전하는 반면에 BLDC모터는 코일이 고정되어 있고, 영구자석이 코일 주변을 회전하는 것으로, DC모터의 장점인 기동토크가 크고, 정속에 안정적이라는 특징 외에도 스파크가 발생하지 않고 가스폭발의 위험이 없으며, DC모터보다 수명이 길다는 장점이 있으나 제어의 어려움과 가격이 높은 편이라는 단점이 있다.
BLDC모터는 HDD를 주요 용도로 하여 각종 정보기기 음향·영상기기에 사용되는 정보 계열 모터와 급탕기, 에어컨 등 가전·주택설비 제품이나 자동차용 파워 스티어링용 등의 파워 계열 모터로 나뉘는 가운데, 근래에는 보다 소형화한 2.5인치 HDD로의 전환수요가 증가하고, 파워계열 수요의 증가가 맞물리면서 세계시장은 매년 확대 경향을 보이고 있다.

▲ BLDC 모터의 형태

기술개발동향
BLDC 모터는 모터 구동을 위한 회로가 모터 내부에 내장이 되는 것으로 기구적인 설계 외에도 모터 구동을 위한 회로 설계 기술이 필요하며, 모터를 운용하기 위한 메커니즘인 컨트롤 시스템이 요구된다. 첨단기기들에 대한 소형화 및 경량화, 정밀화, 다기능화 등의 요구가 높아지고, 정부의 최저효율제 시행 등의 영향으로 고효율의 소형 모터에 대한 수요는 갈수록 높아지고 있으며, 이에 따라 모터관련 업계의 BLDC 모터에 대한 관심 및 기술 개발에 대한 열기도 뜨거워지고 있는 실정이다.
전자기적 모터의 토크는 기본적으로 모터의 전류에 의해서만 생성되는 토크, 전류 및 영구자석에 의해 발생되는 토크 등 두 가지로 설명될 수 있는데, 후자가 동일크기에서 훨씬 더 높은 출력 밀도를 가지고 있다. 현재 직경 100mm, 출력 1kW 이하에서는 브러시형 DC 모터나 브러시가 없는 DC모터(BLDC), 스테핑 모터 등이 많이 사용되고 있지만 제품의 크기, 전류소모, 전자기적 소음 및 진동, 저속에서의 부드러운 구동, 가속능력, 정밀제어, 수명 등이 제품 선정의 중요한 기준으로 떠오르면서 앞으로는 네오디뮴(Neodymium) 자석의 코어리스 BLDC 모터가 고객들의 요구조건을 만족하는 제품으로 이슈화되고 있다.
맥슨모터는 세계 최초로 직경 30mm의 200w급 코어리스 타입 BLDC 모터인 ‘EC 3-powermax 0’을 출시하며 초소형 및 고출력을 실현한 바 있으며, 맥슨모터의 권선 사용을 통해 뛰어난 성능을 발휘하고, 코어리스 타입의 회전자는 코깅(Cogging)이 없기 때문에 위치 제어 등에서 탁월한 제어 특성을 발휘할 수 있다 .
기계적인 진동이 적어 고속 운동시 소음이 적은 것도 특징적이다.
Melexis Microelectronic Integrated Systems는 최근 오토모티브 어플리케이션의 BLDC 모터 컨트롤을 위한 새로운 IC 제품군(MLX81205, MLX81207, MLX81210 및 MLX81215 등 네 개의 기본 제품으로 이루어짐)을 선보였는데, 이 드라이버 IC는 전압 레귤레이터, LIN 트랜시버, MCU, EEPROM, 플래시, RAM, 전력 FET Pre-Driver 및 단일 IC 내에서 센서리스 및 센서 기반의 BLDC 모터 컨트롤 전용회로 블록을 결합하고 있다.
프리스케일 반도체에서는 현재 시판되고 있는 자동차용 BLDC 모터제어 솔루션 가운데 가장 집적도가 높은 S12 매그니비(MagniV) 16비트 S12ZVM 혼성신호 마이크로컨트롤러(MCU) 제품군을 발표하였다. 이 제품은 ‘S12ZVM’ 단일칩 모터제어 솔루션은 어플레이션의 크기와 가청 소음을 감소시키고, 전력효율은 높일 수 있다는 장점이 있으며, DC 모터에서 BLDC 모터로 전환되고 있는 현 추세를 촉진시킬 것으로 보이고 있다.
에스피지는 BLDC 기어드 모터 개발사업의 국책과제에서 우수제조기술연구센터로 지정되면서 100W급 고효율 BLDC 기어드 모터 개발을 완료한데 이어, 200/400W급 고효율 BLDC 기어드 모터 개발을 진행 중이며, 2012년 4월에는 중국 하이얼사와 61억원 규모의 냉장고용 고효율 팬 BLDC 모터 공급 계약 체결에 성공하기도 했다.
가전제품 분야에서 주로 세탁기용 BLDC 모터를 공급해왔던 아모텍은 2008년 중국 하이얼에 세탁기용 모터 공급을 시작으로 2010년에 대우일렉, 월풀 등을 새로운 거래처로 확보하였으며, 크라이슬러 등 자동차 부문에서도 사업을 본격화하였다.
2011년에는 LS엠트론에 에어컨 실외기에 장착될 BLDC 모터 공급을 추진하며, 사업 영역을 확대해 나가고 있다.
한편, 전기차 시장 확대를 전후로 고속 성장이 기대되고 있는 자동차용 BLDC모터에 대한 국내 업체들의 기술개발도 활발한 상황으로, 계양전기는 정부출연을 받아 2010년 4월부터 5년간 스마트 그린카 전동화 핵심부품 기술개발 사업의 일환으로 ‘300W/800W급 고효율 BLDC 모터 개발’ 과제에 참여해 하이브리드 및 전기, 수소연료 자동차 등과 같은 그린카에서 요구하는 유압시스템의 전동화를 위한 300W/800W급 고효율 BLDC 모터의 기술개발에 박차를 가하고 있다.
이는 지경부 산하 한국산업기술평가원이 주관하는 국책과제로 개발 완료시, 향후 그린카에 적용이 예상되는 EMB(Electro-Magnetic Brake), EPS(Electric Power Steering), EOP(Electric Oil Pump), EWP(Electric Water Pump), ISG(Idle Stop & Go), CVVL(Continuous Variable Valve Lift), DCT(Double Clutch Transmission), AFS(Active Front Steering), Fan Motor, Blower Motor 등의 국내외 차량에 적용이 가능한 핵심 부품이 될 것으로 예상된다.
고부가가치 산업이면서도 수입이 압도적인 비중을 차지하는 아날로그 반도체 육성에도 정부가 적극적인 지원에 나서면서 2015년까지 ‘BLDC 모터 구동 IC 개발’ 및 ‘조명용 LED 구동 IC, 전력컨트롤 IC 등 개발’에 정부 125억원, 민간 42.5억으로 총 167.5억원이 투입될 예정이다. 가전 및 자동차 등에 핵심 부품인 BLDC 전기모터의 구동 반도체는 산학연 컨소시엄이 개발하는 가운데, 한국전자통신연구원(ETRI)이 주관하고, 실리콘웍스, 트리노테크놀로지, 동부하이텍, KAIST, 단국대 등이 참여한다.
또한, 중소기업청과 중소기업중앙회는 같은 업종의 중소 업체들이 협동조합을 중심으로 함께 기술을 개발하고 결과물을 공유하도록 함으로써 R&D 비용을 감소시키고 생산성을 향상시키기 위한 목적으로 업종별로 각 사업체의 공동 기술개발 사업을 지원하는 ‘업종 공통기술개발사업’을 실시키로 하였으며, 우선적으로 17개 과제를 선정, 과제별로 평균 1억 6천만 원을 지원하기로 한 가운데 인천경기기계공업협동조합의 ‘중대형 BLDC 모터 국산화 사업’이 선정 과제에 포함된 것으로 알려졌다.
이에 따라 BLDC 기술 경쟁력 향상에 대한 기대가 더욱 높아지고 있다.

표준화 동향
모터는 기계, 전기·전자의 융합제품으로 다양한 응용분야를 갖는 기반제품임에도 불구하고, 대부분의 모터 제조업체는 영세성을 면치 못하고 있으며, 실제로 신제품을 상품화하기 위한 모터 외형 및 금형 등의 제작에 비용 및 시간이 과다하게 소모되는 등 경쟁력이 부족한 실정이다.
이러한 현실을 반영하여 BLDC모터의 표준 모델(모터 외형, 코어 금형, 드라이버 등)을 선정하여 표준화된 플랫폼 및 부품을 관련 기업에 지원함으로써 모터 제조업체의 시장진입기회를 제공하고 경쟁력이 제고될 수 있도록 2010년 8월, 지식경제부 광역경제권 연계·협력 사업에 ‘BLDC모터 표준화 및 표준모델 보급사업’이 선정되었다.
이 사업은 경남테크노파크 정밀기기센터가 주관하고 연구소와 대학 등 동남권 7개 기관과 모터 관련 기업이 참여하여 2012년까지 3년간 국비 99억원, 부산·울산·경남 공동의 지방비 29억 6천만 원, 민간 14억 4천만 원 등 총 143억원의 투입이 계획되어 있으며, 20개 BLDC모터 표준을 개발 확정해 지역 모터 생산 기업이 이에 맞춰 모터를 생산·상품화할 수 있도록 유도하는 것뿐 아니라, 모터 생산 기업의 경쟁력 강화를 위해 안정된 품질의 브랜드를 제공하고, 모터 생산에 필요한 부품의 공동 활용 ·공동 구매 ·공동 마케팅도 지원하고 있다.
향후에는 모터 공급자 입장에서 수요자에게 선택 기준(표준모델)을 제시해 기존 주문형 생산체제를 양산형 생산체제로 전환하고, 나아가 시장도 확대해 나갈 수 있을 것으로 보이며, 사업이 완료되는 2012년에는 수량기준 BLDC모터 세계 시장 10% 점유, 국내 생산 1500억원 증대, 800명의 신규 고용 창출 등의 효과가 기대되고 있으며, 현재는 BLDC 모터 표준모델 개발을 완료하여 본격 상품화하는데 지원을 집중하고 있다.

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