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리니어 모터 산업 최신 동향, 소형화 및 패키지화 등 유연성을 추구

 

 

리니어 모터 산업 최신 동향, 소형화 및 패키지화 등 유연성을 추구

 

 자동화 장비의 추세에 따라 리니어 모터 역시 진화하고 있습니다. 자동화 장비 업체들이 소형화와 공간 효율성을 추구하면서 리니어 모터 역시 제품의 소형화 및 패키지화 등의 유연성을 추구하는 방향으로 발전하기 때문입니다. 

 이번 포스팅 에서는 리니어 모터 산업의 동향을 최신 자동화 장비의 변화와 함께 Q&A 형식으로 알아보겠습니다. 

 
 

 

 

Q. 현재 전기 리니어 액추에이터의 변화를 주도하고 있는 산업과 과거보다 전동 액추에이터를 더 많이 적용하는 응용 분야가 있다면 무엇이며, 그 이유는 무엇일까요?

A. 우리는 다양한 시장에서 전동으로 구동 되는 액추에이터(Electromechanical actuator)가 (이하 전동 액추에이터) 계속 성장하는 것을 보아왔습니다. 이러한 성장은 전적으로 핵심 산업에서 트렌드로 발견되곤 하는데, 이러한 추세는 개별적 특성도 있지만, 많은 경우에는 산업 분야에 상관없이 유사한 특성을 보이기도 합니다.

 전동 액추에이터 산업의 성장을 견인하는 가장 중요한 동향을 꼽자면 아마 장비의 유연성(machine flexibility)으로 볼 수 있을 것입니다. 이것은 산업 전반에 걸쳐 나타나는 핵심적인 추세이자 요소로, 장비 사용자들은 변화하는 시장 상황에 맞추어 다이나믹 하게 설비를 업그레이드할 때 빠르고 쉽게 전환할 수 있는 시스템을 찾기 때문입니다.파카코리아 리니어모터 ETT

 이와 관련된 하나의 예는 포장 공장에서 찾을 수 있는데, 패키징 제조업체들은 개별 포장 (single serving pouch) 과 같은 시장의 요구에 지속적으로 부응하기 위해 자사 제품의 외형 및 포장 디자인의 다른 느낌을 부각시키는 노력을 하고 있습니다. 현장에서 설비를 운영하는 작업자의 경우에는 다양한 형태의 포장 공정을 적용하기 위해서는 다음 두 가지 옵션 중에서 선택을 해야 할 것입니다.

 다양한 패키지 크기와 모양에 따라 각기 다른 여러 대의 설비를 작동시키고, 공압 장치의 정지 위치를 수작업으로 이동시키는 등 설비 작동을 멈추고 장비 전환과 같은 절차를 위하여 불가피하게 상당한 유휴 시간을 필요로 하게 됩니다.

  진보된 전자기계 자동화 기술을 적용하여 HMI(Human Machine Interface)와 같은 인터페이스를 통하여 전동 액추에이터의 모션 프로파일을 신속하게 변경하고 조절할 수 있게 함으로써, 간단하고 빠르게 각기 다른 크기의 포장을 한 설비에서 구현할 수 있게 됩니다.

 이러한 장비 유연성 추세는 포장 기계 시장에만 국한되는 것이 아니라, 기계 설비 제조 업체 및 생명 과학, 의료 자동화, 계측, 전자 제품 제조 공정, 식음료 생산과 같은 다른 시장의 OEM업체에서도 강하게 요구되고 있습니다. 제품 형태 제조 요소의 신속한 전환과 처리량의 개선에 대한 요구는 더 이상 옵션 사항이 아니라 필수 사항으로 요구 되고 있기 때문입니다.

 전자기계 자동화 분야를 성장시키는 또 다른 요인은 에너지 효율 개선과 청정 환경(improved energy efficiency and cleanliness)에 대한 요구 때문입니다. 오늘 날의 산업은 끊임없이 에너지 절약에 대한 압력을 받고 있는데 현재의 유체를 동력으로 한 기술은 전자기계 자동화 기술에 비해 압도적으로 효율성이 떨어지며, 공압 시스템의 경우에는 액추에이터가 작동하지 않을 때에도 일정량의 지속적인 공기 압력이 요구되기 때문에 결국 시스템 단에서의 에너지 손실로 이어지게 됩니다. 사용자는 제조 라인을 전기 기반의 기계 장비로 전환함으로써 전반적인 에너지 사용을 줄일 수 있으며, 문제가 될 수밖에 없는 향후 환경 관련 법안에 대비하여 한 발 앞서 나갈 수 있을 것입니다.

 

 

 

Q. 대규모로 양산 제조 산업 중에서 어떠한 산업이 소형화, 시스템온칩(Soc: System-on-Chip)기술, 자동화, (전기모터 구동 모션 디자인에서의) 효율성, 그리고 고객맞춤 같은 것들로 전환하는 움직임을 보이고 있는지요? 그리고 이러한 추세가 파카하니핀 코리아에서 판매하는 부품들과는 어떤 연관이 있을까요?

파카코리아 고추력 전기실린더 ETH

A. 전반적으로 공간 효율성을 개선하려는 노력을 통해 제조업체들은 보다 긴밀하게 통합된 디자인을 반영하게 되었습니다. 단위 체적당 추력과 같은 성능이 주요 기준이 되곤 하는데 생명 과학, 의료 자동화 및 전자 부품 제조 분야에서 특히 소형화 제품을 우선적으로 적용하는 경향이 있습니다.

 공간 효율성을 극대화 하는 움직임과 더불어 보다 다양한 제품을 통합하는 제품으로 개발하려는 것이 또 다른 트렌드입니다. 전자기계 자동화 시스템은 전체 시스템 요소들을 액추에이터 패키지로 점점 더 통합해 가는 추세입니다.

 현재 많은 솔루션이 기계식 액추에이터, 서보 모터, 서보 드라이브 그리고 심지어 콘트롤러를 모두 하나의 통합 되어 제공되는데 이로 인해 고객 입장에서 보다 쉽게 사양을 지정하고, 공간 활용도도 크게 향상시키는 작용을 합니다.

 많은 경우 보다 작은 공간에서 필요한 성능을 최대한 발휘하려면 높은 전력이 요구되는데, 높은 전력을 내려면 파워 보드(power electronics boards)가 창의적으로 설계되어야만 합니다.

 

 

 

Q. 파카의 전기 리니어 액추에이터를 사용하여 엔지니어들의 설계 방향이 향상되었던 응용 사례에는 무엇이 있는지요? 이 사례에서 현대적으로 개선된 점과, 10년 전과 비교하여 차별점은 무엇인지요?

A. 파카는 최근에 한 가공 공장의 시설 전체 업그레이드를 진행한 경험이 있습니다. 이 업체는 여러 컨베이어 라인의 전환기로 공압 실린더를 사용해 왔는데, 효율성이 저하된 구형 공압 실린더를 사용하던 가공 시설 전체를 튜브 타입의 리니어 모터(tubular electric linear motor) 로 대체했습니다.

 이러한 기술은 수 년 전부터 존재해 왔지만, 대량으로 양산라인에 적용되기 시작한지는 불과 5년 정도 밖에 되지 않았습니다. 이번 적용 공장의 경우, 진일보한 기술의 주요한 장점들을 통해 시스템 효율성을 획기적으로 향상 시켰고, 유지비는 감소했으며, 시스템 안정성과 제어 장비의 유연성은 극대화 하였습니다.

파카코리아 ETT 패키징 어플리케이션 시스템 단에서의 에너지 손실과 마모된 실린더 Seal은 공압 기술의 효율성을 떨어뜨립니다. 작동하지 않을 때 조차 시스템은 계속해서 공기를 실린더로 유입하여 시스템 손실을 가중시키는데, 이는 Compressor 가 계속 작동하도록 하여 공장 전체의 에너지 사용을 불필요하게 증가시키는 요소인 반면, 전자기계 기술은 동일한 시스템 손실에 영향을 받지 않기 때문에 90퍼센트 이상의 에너지 효율로 작동할 수 있습니다. 또한 작동을 중단한 상황에서는 전동 액추에이터가 전력을 사용하지 않기 때문에, 효율성이 좋다고 얘기할 수 있는 근거가 됩니다. 전자 기반의 모션 장비로 완전히 전환하는 데는 초기 비용이 많이 소요되지만, 에너지 효율성을 고려하고 유지 보수와 같은 부수적인 비용을 모두 감안하여 총 비용을 계산해 보면 초기 투자에 대한 회수 기간(ROI)은 굉장히 짧아질 (거의 1년 미만) 수 있습니다.

 유지 보수 비용 측면에서 조금 더 살펴 보자면 Parker 의 튜브 타입의 리니어 모터(tubular electric linear motor) 제품인 ETT는 자석이 내장된 스테인리스 로드와 모터 코일이 내장된 몸체 이렇게 두 요소로 구성 되어 있습니다. Rod의 경우 고정자 코일의 중앙을 관통하고 있으며 양끝에는 복합 부싱(composite bushing)이 연결되어 있습니다. 이 디자인에서는 움직이는 베어링 부품을 완전히 없앴고, 시스템이 완전히 밀봉된 상태이기 때문에 정기적인 유지 보수 및 관리가 필요 없게 됩니다.

 이렇듯 유지 보수 및 관리의 획기적인 감소는 시스템 가동시간을 극대화시키고 전반적인 유지 보수 및 관리 비용을 최소한으로 절감해 주는 반면, 공압 시스템은 정기적인 관리 측면에서 FRL의 교체, 예압 관리, 공기 압력 제어 조절, 속도 조절 등에 필요한 유량 제어 조절과 같은 상당 수준의 유지 보수 및 관리를 필요로 합니다.

 

 

 

Q. 그렇다면 리니어 모터 설비를 설치하는 현장에서의 고려점은?파카코리아 식음료 어플리케이션 ETT

A. 앞서 말씀드린 업체의 경우 결과적으로, 시스템을 Parker 의 전기 모션 솔루션으로 완전히 전환함으로써, 유연성과 제어력을 한층 높일 수 있었습니다.

 공압 전환기는 지정된 힘으로 작동 하기 때문에 각기 다른 패키지 대상 물체에 과다한 힘으로 작동하여 파손과 같은 부정적인 영향을 미칠 수 있는 반면, ETT (튜브 타입의 리니어 모터)는 사전 정의 된 모션 프로파일 대로 가속도와 구동 속도를 최적화하여 진행하기 때문에 전체 작업 시간은 지연시키지 않으면서 패키지 대상 물체에는 충격을 최소화 할 수 있는 것이 돋보였습니다. 모션 프로파일 상에서 구동 시작 구간의 가속도 및 속도를 조정하여 최적화 된 구동 솔루션을 통하여 전체 시스템 처리량도 개선할 수 있었습니다.

 장기적으로 시장의 흐름은 전기나 서보 제어 분야를 지향할 수 밖에 없습니다. 각 산업 현장의 특성별 맞는 솔루션을 찾게 될 때 앞 서 말한 장비의 유연성과 에너지의 효율성, 유지보수의 용이성 등의 내용을 고려해야 할 것입니다.

 

파카코리아 전기 리니어 액추에이터 및 실린더 제품 정보는 웹사이트를 통해 알아보실 수 있습니다

 

파카하니핀 오토메이션 아시아퍼시픽 BDM

 

이번 인터뷰는 김유식 부장(아시아퍼시픽 Business Development Manager, 오토메이션)이 기고한 글입니다.

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