▲ ▲자속역전 선형전동기 시제품. ▲자속역전 선형전동기 시제품

국내 연구진이 기존 영구자석 선형전동기(리니어 모터)를 대체해 정밀위치제어가 가능하면서도 훨씬 저렴한 비용으로 제작 가능한 새로운 형태의 선형전동기를 국내 최초로 개발하는데 성공했다.

특히 속도 변동과 발열이 낮으면서도 금속성 분진에 강한 특성으로 반도체, IT, 디스플레이 분야의 비용절감에 크게 기여할 것으로 예상된다.

한국전기연구원(KERI, 원장 김호용) 정시욱 박사팀은 최근 국내 선도 산업군인 반도체, IT, 디스플레이 분야 제조 설비에서 마이크로미터(㎛)급 정밀위치제어(1㎛=0.001㎜) 및 이송용 장비로 광범위하게 사용되고 있는 영구자석 선형전동기에 비해 훨씬 낮은 비용으로 생산이 가능한 ‘자속역전 선형전동기(Flux Reversal Linear Motor)’를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

제품의 정밀화, 소형화 등의 최근 시장 추세에 따른 정밀 제조장비의 수요가 증가하고 있는 각 산업현장의 요구에 발맞춰 현재까지 고속화, 고정밀화, 고추력화 및 청정성 등의 장점을 가진 선형전동기가 개발돼 발전해 왔다.

그러나 기존에 사용되는 영구자석을 이용한 선형전동기의 경우 고정자에 고가의 희토류 영구자석(주로 소결 NdFeB)을 사용하는 형태이기 때문에 이송거리 만큼 영구자석이 부착된 고정자가 사용돼 영구자석 비용이 크게 증가하는 등 경제성의 한계를 안고 있었다.

특히 전세계 희토류 시장의 97%를 공급하고 있는 중국이 희토류를 전략 물자로 관리하고 있고, 2011년부터는 수출 쿼터를 감축하고 있는 실정이기 때문에 최근의 희토류 원소의 급격한 가격 상승으로 인해 영구자석 선형전동기의 가격 경쟁력이 더욱 악화되는 상황에 직면했으며, 이에 대한 문제해결이 시급한 형편이었다.

연구팀이 이러한 영구자석 선형전동기의 고가격 문제를 해결하기 위해 개발한 자속역전 선형전동기의 경우, 소량의 영구자석이 이동자에 부착될 뿐, 고정자에는 영구자석이 없는 형태로 구성됐다.

동일한 이송거리를 기준으로 할 때 기존 선형전동기보다 영구자석의 사용량을 획기적으로 절감(최소 1/20 수준에서 수백분의 1수준)할 수 있어서 대형화 추세에 있는 선형전동기 응용시스템의 가격을 낮추는 데 기여할 것으로 기대된다.

아울러 이번에 개발된 자속역전 선형 전동기는 추력(선형전동기의 진행 방향으로 작용하는 힘=추진력)의 변동이 적어 결과적으로 속도의 변동이 적고 열을 적게 발산하는 특성으로 인해 정밀위치제어용으로 적합하며 고정자에 영구자석이 없기 때문에 철계 물질이 고정자에 부착되는 현상이 발생하지 않아 금속성 분진이 발생할 수 있는 곳에도 적용할 수 있는 큰 장점이 있다.

한편 이번 개발과 관련해 3건의 특허가 등록했고 2건의 특허가 출원중이며 2건의 SCI급 논문이 게재 또는 게될 예정(2012)이다. 연구팀은 향후 관련 업계에 기술이전 등을 통한 실용화에 나설 계획이다.