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[ 전자부품연구원] 2mm급 극소형 모터와 센서리스 제어기 보유기술 이전

 

2mm급 극소형 모터와 센서리스 제어기 기술

 

■ 기술의 개요

○ 극소형 모터는 소형 모터 중에서도 특히 출력이 작은 것을 지칭하며 보통 출력 3W 미만의 모터를 극소형 모터로 분류하며 출력 1mW~1W의 모터를 mW모터, 1mW 미만의 모터를 마이크로와트(μW) 모터로 세분화하여 정함

○ 초소형(극소형) 모터의 적용분야로서는 각종 정보기기, 최근의 카메라 부착 핸드폰의 광학줌을 위한 구동모터, 휴대정보기기 연료전지내의 펌프용 모터, 인체삽입 내시경, 마이크로 펌프, 마이크로 로봇 등을 들 수 있으며, 소형화 및 모바일화 등의 기술트렌드에 따라 모터의 고속, 고정밀화와 함께 소형, 박형화가 요구되어 지고 있음

[극소형 모터의 적용 이미지]

2mm급 극소형 모터와 센서리스 제어기 기술

 

○ 전자부품연구원에서는 BLDC(Brushless DC electric motor) 방식의 외경 2mm 크기의 극소형 모터, 이와 함께 부착되어 작동하는 외경 2mm 크기의 유성치차형 감속기 및 극소형 모터를 구동하기 위한 센서리스 제어기 기술을 개발하였음

○ BLDC 모터는 DC모터에 존재하는 기계적인 브러시와 정류자를 반도체 소자에 의한 구동방식으로 대체한 모터로서, 전자산업이 발전과 함께 영상, 음향기기에 채용된 이후 지속적인 기술적 발전중임

[DC모터와 BLDC모터의 차이]

2mm급 극소형 모터와 센서리스 제어기 기술

출처 : 울산대학교, 솔로몬투자증권(2009)

 

○ 최근 기능성 및 수명의 향상을 위하여 브러시형 보다는 BLDC형으로의 기술개발 노력이 많이 이루어지고 있는 추세임

 

■ 기술의 현황

○ 전자부품연구원에서는 초소형 정밀 모터 기술 및 MEMS 기술을 결합한 외경 2mm 급의 초소형 모터 및 감속기를 개발하여 시작품 제작(보유) 및 성능분석 완료함

기술 구현수준

2mm급 극소형 모터와 센서리스 제어기 기술

 

■ 기술의 장점 (경쟁기술과의 차별성)

○ 현재 상용화되어 있는 모터는 휴대폰에 적용되고 있는 외경 4mm급의 모터가 최소형으로서, 이보다 매우 작은 외경 2mm급의 모터 기술은 세계 최고 수준이며, 보다 작은 모터를 필요로 하는 새로운 적용제품의 구현 및 신시장 창출이 가능함

○ 감속기는 모터의 회전속도를 낮추면서 토크를 증대시키는 부품으로서, 적용제품에서 요구되는 사양에 따라 모터와 함께 결합되어 사용됨. 본 기술은 정밀 금형기술 및 사출기술에 기반한 초소형 감속기 기술로서, 플라스틱 사출성형 공법을 적용함으로써 대량생산이 가능한 기술임

○ 극소형 모터는 크기의 제약으로 인하여 회전자의 위치를 감지할 수 없는 구조이기 때문에 이를 구동하기 위해서는 센서리스 제어 기술이 필요함. 본 센서리스 드라이버 기술은 상용 제어기로는 구동할 수 없는 극소형 모터를 최대 100,000 rpm까지 구동이 가능한 구동회로 기술이며, 그 외 다양한 크기의 BLDC 모터를 Hall 센서 없이 구동하는 데에도 활용이 가능함

 

활용범위 및 응용분야

카메라폰, 마이크로 프로젝터 등 전자정보기기의 구동분야

마이크로 연료전지의 펌프 등 미래 신상품 구동분야

첨단 의료용 장비(인체 삽입 내시경용 및 마이크로펌프 등)의 구동부

마이크로 로봇, 마이크로 비행기 등의 구동부

기체/유체 분석용 마이크로시스템 등의 구동부

○ 그 외 다양한 분야의 새로운 개념의 초소형 모듈 및 제품

 

[극소형 모터의 응용분야]

2mm급 극소형 모터와 센서리스 제어기 기술

 

■ 시장동향 및 전망

○ 정밀기기, OA기기, 의료 기기, 소형 휴대기기, 정보통신 기기 등 매우 다양한 분야에 적용 가능하며 최근에는 각 종 전자기기, 통신 기기 등이 고속화, 대용량화, 경량화, 저전력화되면서 모터의 크기도 초소형화

○ 이 중 카메라폰은 그 비중이 점점 커지고 있으며 300만 화소 이상 모델부터 Auto Zoom(A/Z), Auto Focusing(A/F) 기능이 요구되면서 이러한 고성능을 만족시키기 위한 초소형 모터에 대한 수요 증가

○ 또한 미세 의료기기, 초소형 로봇, 군수 및 항공 우주 산업이 성장하면서 이를 위한 극소형 모터에 대한 수요도 성장추세

○ 초소형 모터는 높은 기술력을 보유한 일본 등 선진국이 시장을 선도중이며, 중국은 가격 경쟁력을 내세워 국내 업체를 위협 중

○ 향후 본 기술로 인한 일본제품 위주의 극소형 모터의 국산화율 제고와 초소형 모터 및 감속기 원천기술 확보라는 기대효과가 예상됨

 

■ 지적재산권 현황 및 기술이전 내용

지적재산권 현황

구 분

명칭

등록번호

비 고

특허

초소형 모터용 토크 측정장치 및 그 측정방법

10-0550379

국내

특허

코어리스형 전동기 권선체 및 그 제조방법

10-0541619

국내

특허

극소형 액츄에이터

10-0584117

국내

특허

마이크로 부품 복제를 위한 몰드 및 제조방법

10-0465531

국내

특허

마이크로 무브러시 직류모터의 동기 구동장치

10-0586168

국내

특허

위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 회전자위치 추정장치

10-0629007

국내

특허

위치센서가 없는 3상 브러시리스 직류모터의 구동장치

10-0629006

국내

특허

(프로그램)

슬롯리스권선의 3차원 형상을 고려한 특성해석 P/G

2002-0112-6227

국내

특허

(프로그램)

형상치수 자동인식형 BLDC 모터 FEA 프로그램

2003-0112-8612

국내

 

○ 기술이전 내용 및 방법

구 분

이전내용

형식

제공방법

극소형 모터

- 극소형 모터 도면

- 제작/조립 관련 기술문서

- 측정/평가 관련 기술문서

- 설계/제작/평가 관련 각종 노하우

- 관련 지적재산권

도면

기술문서

파일 제공

극소형 감속기

- 극소형 감속기 도면

- 제작/조립 관련 기술문서

- 설계/제작/평가 관련 각종 노하우

- 관련 지적재산권

도면

기술문서

파일 제공

센서리스 제어기

- 관련 회로도 및 알고리즘

- 관련 지적재산권

도면

기술문서

파일 제공

[용어 설명]

- BLDC 모터(Brushless DC electric motor) : 직류 전원을 입력으로 하면서 연속회전을 위하여 기존의 DC 모터에 존재하던 기계적 브러쉬와 정류자를 반도체 스위칭소자로 대체하여 전자적으로 구동함으로써 연속적인 회전력을 얻는 모터

- 유성치차형 기어(Planetary Gear : 유성기어) : 두 개의 기어가 서로 맞물려서 회전함과 동시에, 기어축도 한쪽의 기어축을 중심으로 하여 다른 쪽의 기어축이 회전할 경우, 이와 같은 기어의 조합을 유성기어장치라고 함. 중앙에 있는 기어를 태양기어라고 하는데, 태양기어의 주위를 유성기어가 회전함. 즉, 공전 기어를 유성기어라 함

 

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