용량별 IE3 규제가 전 세계로 확산되면서 모터의 고효율화가 가속되고 있다. IE3의 경우, 미국은 2010년부터(기어모터는 제외), 한국과 일본은 2015년부터 용량별로 규제를 순차적으로 실시하고 있으며, EU와 중국은 2016년부터 시행할 예정이다. 

이와 관련해 GTR 기어모터사업본부가 IE3 고효율 규제 및 동향, 니세이 제품 및 적용 사례 등을 내용으로 한 기술세미나를 지난 10월27일 가졌다. 이날 행사에는 GTR 공식대리점 관계자 및 GTR 주요 고객 60여 명이 참석해 높은 관심을 보였다. 기술세미나 주요 내용을 정리했다.

IE3 규제와 고효율 모터

2013년 기준 일본의 전동기(모터) 시장 규모를 보면, 직류 전동기 1만8,336대(총 용량 11만8,999kW), 삼상 유도전동기 216만8,056대(총 용량 1,292만7,422kW), 단상 유도전동기 291만8,196대(총 용량 167만7,581kW), 기타 교류전동기 62만415대(203만8,007kW)였다.

전동기의 생산/출하 대수는 단상유도전동기가 최대이나 총 용량에서는 삼상유도전동기가 가장 많았다. 고효율 규제에 의한 에너지절약 효과 역시 삼상유도전동기가 최대인 것으로 나타났다.

모터의 고효율화는 연간 약 155억kWh의 에너지절약 효과를 낳는다. 이는 원자력 발전소 약 2대 분량이며, 태양광 설비 주택이 발전하는 발전량의 약 5배 규모에 해당한다. 금액으로 환산하면 약 2조원의 에너지절약 효과를 얻을 수 있다.
IE3 규제에 따른 대응으로 모터의 전장은 커지지만, 외형 치수는 작아졌다. 그러나 기어헤드부의 취부치수는 동일하며 시리즈 변경 또한 변경 없다. IE3는 효율이 높아 모터의 발열 온도를 감소한다. 

철손 또한 철심에 발생하는 손실을 감소한다. 1차 동손은 고정자 권선에 발생하는 손실을 감소하고 2차 동손은 회전자에 발생하는 손실을 감소한다. 회전속도 및 토크 특성도 증가했다. 손실 전력의 감소로 정격 토크 시에 회전속도가 증가했으며, 모터의 최대 토크 및 기동토크도 증가했다. 모터의 시동전류 또한 증가하므로 차단기, 전자개폐기 등의 적절한 검토가 필요하다. 뿐만 아니라 회전속도의 증가로 인해 감속비의 재검토도 필요하다.

▲ 니세이 고효율 모터 제품군. 니세이는 현재 17만 기종 이상의 기어 모터 표준 제품을 보유하고 있다.

제품 및 적용 사례

니세이는 1942년 미싱 부품을 공급할 목적으로 설립되어 1950년대부터 소형 기어 및 다이캐스팅 생산을 시작했고, 1970년대에는 감속기와 인덕션 모터 생산을 개시했다. 1990년대에 와서는 인덕션 기어모터와 AEF-세미서보모터를 제작 및 판매했다. 

그후 2000년대에 서보모터용 유성 감속기 생산을 개시 및 판매했으며, 현재는 IE3 고효율 모터와 IPM 기어모터를 제작 및 판매하고 있다. 니세이는 현재 17만 기종 이상의 기어모터 표준제품을 보유하고 있다.
니세이의 GTR 인덕션 기어모터는 한국 내에서 전략적 판매 제품이다. 소형 기어모터 경우, 하이포이드 기어를 적용해 저소음과 고감속을 실현했다. 특히, 직교·중공축은 L축, R축, T축 등 다양한 축까지 구성이 가능하며, 콤팩트한 사이즈에 다양한 바리에이션을 보유하고 있다. 이 소형 기어모터는 주로 채소 탈피장비 등에 적용되고 있다. 

중형 기어모터의 경우도 니세이가 독자적으로 개발한 특수 브레이크 구조와 특수강을 사용하여 저소음 구동을 실현했으며, 소형 플랜지 장착으로 기존보다 플랜지 면을 17~29% 축소했다. 이 중형 기어모터는 가마솥 내 날개 회전구동용으로 적용되고 있다.

IPM 기어모터는 ‘인덕션 기어모터+범용 인버터’를 사용하여 영구자석 모터(BLDC)의 기능을 탑재한 IEC 규격 효율 IE4 등급 대응 제품이다. 이 제품은 영구자석에 의해 자속이 발생하므로 모터에 흐르는 전류가 적어 발열량이 적다. 또한, 회전자에 전류가 흐르지 않아 2차 동손이 없다.

이 제품은 또 동기모터이므로 슬립 현상이 없어 부하 변동 시에도 주파수 지령값과 동일한 회전속도로 회전한다. 그 외에도 간이 서보락 기능이 있어 모터 정지 시 서보 락에 의해 위치 유지 제어가 가능하며, 토크 제한, 충돌 정지, 압착 유지 동작을 하나의 입력신호로 간편하게 제어할 수 있다. 

뿐만 아니라 엔코더를 이용하지 않고 인버터의 출력 전압과 전류에서 모터의 회전속도를 검출할 수 있으며, RS-485 통신을 사용하여 인버터 제어와 네트워크의 구축도 가능하다. 또한, 모터 사이즈가 현행품과 동일한 치수, 동일한 기종 구성으로 기어모터에서 대체 및 기종 변경이 간편하다(0.1kW~2.2kW의 용량 구성). 특히, 일부 제품(0.75kW 이하)의 경우는 팬리스 구조로 인해 전장 치수를 단축할 수 있다. IPM 기어모터는 팔레트 반송라인에서 접이식 팔레트 반송용에 적용되고 있다.

그 외 서보모터용 유성 감속기 APG는 저소음화 실현을 물론 외형 사이즈의 소형화로 공간 절약성이 뛰어나고 윤활구조 개선에 의한 장수명화를 보장한다. 이 감속기는 의약품 포장기계 및 블리스터 포장기, 물류센터 분류 라인 등에 적용되고 있다.

니세이는 또 고객의 특주사양에도 대응하고 있다. 특주사양의 기어모터 매출이 전체의 40%를 차지할 정도이며, 기어모터의 부품 중 90% 이상이 내제화 실현으로 특주품의 단납기가 가능하다. 일본 자동문의 50% 이상이 GTR 기어모터를 채용하고 있다. 

임근난 기자 (fa@hellot.net)