[인더스트리뉴스 최종윤 기자] AI, 5G, 클라우드 등 4차 산업혁명 신기술의 스마트팩토리 도입이 가속화되고 있다. 본격 데이터 제조 시대가 열리고 있는 가운데, 스마트팩토리 고도화 솔루션이 제조현장에 속속 구축되고 있다. 제조현장이 고도화될수록 신기술만큼이나 주목받고 있는 분야가 있다. 바로 각종 장비의 구동에 사용되는 모터다. 신기술이 고정밀‧고속제어 등을 요구한들 모터가 이를 구현하지 못하면 아무 소용없기 때문이다.
자동화시스템에 대한 의존도가 높아질수록 모터의 중요성이 다시금 크게 주목받으면서, 모터업계도 본격적인 경쟁이 시작된 모습이다. 최근 수년간 각종 전시회서 보기 힘들었던 모터업체들이 올해 각 분야별 산업 전시회에 최신 신제품 등을 들고 공격적으로 모습을 드러냈다. 전통적으로 독일‧스위스 등 유럽과 일본이 양분하고 있는 모터시장 시장에서, 최근 관련 기술들을 국산화한 국내 기업들의 성장세도 관심을 모은다.
서보모터도 고도화, 글로벌 시장 연평균 4% 이상 성장 예측
특히 최근 기술의 발전으로 장비의 소형화 흐름 속에 본격적으로 협동로봇, AGV 등 제조용 로봇의 도입이 시작되면서, 소형 서보모터 솔루션의 큰 성장세가 기대되고 있다. 서보(Servo)는 ‘추종한다’ ‘따른다’는 의미로 명령을 따르는 모터는 서보모터라고 한다. 통상 서보모터는 모터와 제어구동보드(적당한 제어회로와 알고리즘)을 포함한다. 모터를 사용해 구동시스템을 구축하고 위치, 속도를 명령으로 제어시키는 경우를 서보모터로 칭한다. 제조용 로봇 및 각종 장비의 구동에 필수다.
이런 서보모터 시장은 최대 수요처인 로봇산업의 확장과 함께 큰 성장세가 전망되고 있다. 글로벌 시장조사 업체 마켓앤마켓은 2025년까지 연평균 4% 이상의 성장률을 예측했다. 구체적으로 2020년 139억 달러에서 2025년 168억 달러까지 팽창할 것으로 내다봤다. 성장 촉진의 주요 요인으로는 △스마트팩토리는 물론, △모터효율에 대한 국제표준 채택 증가 △모터와 드라이브를 위한 사용자 친화적인 모션제어 라이브러리와 패키지 개발 △차량 전동화 등을 꼽았다. 모터 솔루션도 고도화 단계를 거치는 시기라는 취지로 해석된다. 실제 자동화 장비의 중요성은 계속 부각되고 있으며, 더 빠르고 정밀한 기술이 요구되고 있다. 향후 로봇의 제작량에 따라 모터 제작도 계속 비례해 증가할 것으로 예상된다.
소형 서보모터 경쟁 심화, 기술력‧가격경쟁력 모두 요구
글로벌 소형모터 산업시장은 서보모터의 최대수요처인 로봇산업을 중심으로 기업의 수직계열화가 심화되는 추세 속에 있다. ‘중소기업 전략기술로드맵’ 자료에 따르면. 글로벌 대형 자동화 기업들은 서보모터에서 산업용 로봇, 자동화용 소프트웨어 등을 동시에 통합솔루션을 제공하고 있으며, 자동화 라인 설계에 있어 종합적인 개발을 통해 기업들의 요구에 대응하고 있다. 지멘스, ABB 등이 대표적이다.
일본의 화낙, 야스카와전기의 경우에는 정밀가공 기계용 모션제어와 산업용 로봇제어 분야에서 월등한 기술력을 바탕으로 서보모터의 기술개발을 가속화하고 있다. 사실상 유럽과 일본이 양분하고 있다. 이는 큰 성장세에 있는 중국 시장도 마찬가지다. 유럽/일본이 80% 이상의 점유율을 보인다. 단순 모터뿐만이 아니라 제어기, 감속기, 소프트웨어 등 최첨단 기술이 뒷받침돼야 하기 때문으로 여전히 기술력 격차가 큰 것으로 분석된다.
다만 한국, 중국 등의 모터 생산기술이 높아지면서, 소형 서보모터 시장에서의 일본 점유율은 점차 줄어들고 있는 추세다. 일본 야노경제연구소의 2018년 자료에 따르면 세계 서보모터 시장은 화낙 21%, 야스카와전기 20%, 지멘스 16%, 미쓰비시전기 16%, 파나소닉 2% 등 전세계 서보모터 시장의 59%를 일본기업이 차지하고 있는 것으로 알려졌다. ‘중소기업 전략기술로드맵’은 국내 기술 수준은 일본과 독일 대비 개발격차 2.5년 수준으로 분석했다.
스마트팩토리 최신 트렌드, 협동로봇‧AGV
지난해부터 이어온 최근 스마트팩토리 시장의 화두를 꼽는다면 협동로봇과 무인운송로봇을 꼽을 수 있다. 물류업계는 물론 공장내 물류 자동화 시스템이 업종을 가리지 않고 도입되고 있는 추세다. 여기에서도 모터의 역할은 더할 나위 없이 핵심 가운데 하나다. 다만 로봇팔이나 움직이는 운송로봇에 사용되는 모터이기에 성능은 물론, 소형화·설계의 편의성 등이 강조되고 있다. 소형장비인 만큼 감속기, 드라이브 등의 일체형 모터의 사용도 늘고 있었다.
업체들도 관련 솔루션을 중심으로 영업을 강화하고 있다. 고정밀 스마트 드라이브 시스템과 모션컨트롤 솔루션을 제공하는 스위스의 맥슨(maxon)은 통합 메카트로닉 드라이브 시스템을 선보이며, 보다 효율적인 모터 솔루션 공급에 나서고 있다. 맥슨의 제품은 콤팩트한 정밀 DC와 BLDC 모터 기술을 기반으로 엔코더, 감속기, 이더캣이 적용된 모션컨트롤러, 마스터컨트롤러 등 모든 모션컨트롤 컴포넌트를 생산하며 산업자동화, 그리고 항공우주와 통신에 이르기까지 다양한 분야에서 활용되고 있다.
맥슨모터코리아 엄채현 차장은 “소형 서비스로봇은 제어기 내장형의 EC-I 시리즈, AGV의 경우에는 IDX 드라이브 솔루션을 제안하고 있다”면서, “유럽 등 해외에서 많은 제품이 맥슨의 제품을 사용하고 있어, 해당 제품들을 벤치마킹하려는 국내 기업들에게 문의가 늘고 있다”고 전했다.
국내기업 중에서는 최초로 드라이버‧컨트롤러를 일체화한 모터가 출시돼 주목을 받고 있다. 해당 모터는 모터 자체에 조작부와 OLED 디스플레이까지 일체화해 그야말로 해당 ‘모터’만 있으면 모션제어가 다되는 상황을 만들었다. 지난 2015년 기술보증인증서를 받아 설립된 모션케이의 ‘FMS’ 모터가 그것, 모션케이 김남형 대표는 “FMS는 현장 작업자들에게 최적화된 모터”라며, “조작 버튼 3개로 우리나라 90% 이상의 산업현장에서 원하는 모션을 다 구현할 수 있다”고 강조했다.
정밀제어에 필수, 감속기
장비의 고정밀‧고속제어 등에 중요한 요소로 감속기도 빼놓을 수 없다. 감속기는 모터의 부속부품격으로 구동원인 모터에 결합, 출력회전수를 감소시켜 높은 회전 출력 토크를 얻을 수 있게 한다. 자전거의 기어변속에 따른 힘과 회전수 차이를 생각하면 이해가 쉽다. 모터로 움직이는 대부분의 기계 및 설비에 탑재돼 있으며, 모터만으로 출력 회전수를 다양하게 조절할 수 없기 때문에 감속기로 조절이 필요하다.
아울러 모터의 높은 회전에너지를 전달해도 변형과 파손이 없도록 설계돼야 하기 때문에 모터보다도 높은 내구성과 제조 기술력을 요한다. 감속기에는 형태상, 방향성, 취부 방법, 기어의 종류 등에 따라 수평감속기, 웜감속기, 유성감속기, 하이포이드 감속기 등 여러 가지 종류가 있다. 모터와 함께 정밀 감속기 등의 핵심부품의 수요도 증가하고 있는 추세다.
최근 수요가 급증하고 있는 고도화된 자동화 설비나 로봇 등에서 요구되는 정밀감속기에는 대표적으로 하모닉 감속기(하모닉드라이브)와 RV 감속기(사이클로이드 드라이브)가 있다. 하모닉 감속기와 RV 감속기는 기존 기어 방식 감속의 한계를 극복한 제품이다. 그중 하모닉 감속기는 감속비가 크고 백래쉬가 거의 없어 초정밀 위치제어가 가능하다. 소형, 경량화, 저소음이 요구되는 협동로봇 등에 활용되고 있다.
이외에도 정밀 모션이 필요한 반도체 제조장치, 광학측정기기, 항공기 분야 등 다양한 분야에서 활용도가 높아지는 추세다. RV 감속기는 고감속, 고출력의 장점이 크다. 또 내구성이 높아 고부하에 적합한 중대형 산업용 로봇, 공작기계 등에 주로 사용된다.
일본 독점 구조 속, 국내 정밀 감속기 개발업체 증가중
정밀감속기는 일본의 하모닉드라이브시스템즈와 나브테스코가 세계적으로 독점구조를 가지고 있다. 기술의 특허 만료 후에도 후속 기업들이 제대로 못 쫓아가고 있을 만큼 높은 기술력을 요한다. 글로벌 로봇용 정밀 감속기 시장의 약 75%를 두 기업이 점유하고 있다.
다만 ‘중소기업 전략기술 로드맵’ 보고서에 따르면 정부가 로봇 부품 국산화를 위해 2019년부터 2021년 초까지 제조로봇용 국산 핵심구동부품 성능 및 신뢰성 제고를 위한 실증 과제를 추진하는 등 정부 차원의 대응에 나서면서 국내 로봇용 정밀 감속기 개발업체도 증가세에 있다.
먼저 에스비비테크는 로봇용 감속기인 하모닉 감속기를 국내 최초로 개발, 2019년 8월 소재‧부품‧장비 분야 스마트공장 지원사업 1호 기업으로 선정됐다. 에스피지는 일본이 독과점하던 초정밀 감속기 국산화에 성공하며 일본산을 빠르게 대체하고 있다. 2019년 11월 중국 다관절 로봇 제조업체인 바오송로보틱스와 로봇 감속기 수출에 관한 업무협약을 체결, 연간 1만 5천대 규모의 양산 생산시설을 구축하는 등 해외진출을 본격화하고 있다.
해성티피씨는 RV 감속기 국산화에 성공해 양산하고 있다. 아울러 본시스템즈에서는 세라믹 소재를 활용한 정밀제어 로봇 감속기를 세계 최초로 개발하기도 했다. 해당 감속기는 금속 대신 세라믹을 소재로해 내구성과 정밀도를 높였으며, ‘일체형 듀얼 사이클로이드 방식’을 채택해 대량 생산이 가능하며, 핀 부품 수를 10분의 1로 줄여 가격 경쟁력도 높다.
스마트팩토리 고도화 흐름속에 각종 로봇 및 장비에 고정밀제어, 고속응답이 요구되고 있는 가운데, 구동의 핵심인 모터 솔루션의 중요성이 어느 때보다 강조되고 있다. 유럽‧일본으로 양분돼 있는 기술 집약적 시장구조 속에 전동화 시대, 로봇 중심으로의 산업구조 재편이 시작됐다. 시장 팽창이 예상되고 있는 가운데, 본격적인 글로벌 모터 전쟁 2막이 치열하게 펼쳐질 것으로 예상된다.
