세계적인 산업 자동화, 지능화 및 생활 수준 향상에 따라 자동차, 가전제품, 전자 오디오 및 비디오, 정보 처리 장비, 산업 자동화 등 다양한 분야에서 모터의 활용이 더욱 확대될 것입니다.
통계에 따르면 선진국의 가구당 평균 전기 모터 보유 대수는 80~130대인 반면, 중국 대도시 가구당 평균 전기 모터 보유 대수는 20~40대 정도로 선진국 평균 수준에 훨씬 못 미칩니다. 따라서 국내 전기 모터 산업은 여전히 발전 가능성이 매우 큽니다.
200년 이상의 역사를 가진 모터와 비교했을 때,BLDC 모터실제로 MCU는 개발된 지 50년이 넘는 비교적 새로운 기술입니다. 하지만 반도체 기술의 발전과 MCU 및 드라이버 부품의 보급으로 전체 비용이 크게 증가했습니다.BLDC 모터크게 줄어들었습니다. 따라서 최근 몇 년 동안,BLDC 모터발전해 왔으며, 전체적인 성장률 또한 모터보다 높습니다.
그림 1: BLDC 모터 시장 규모 예측
연평균 복합 성장률은 다음과 같을 것으로 예상됩니다.BLDC 모터향후 몇 년 동안 약 6.5%의 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 통계에 따르면 2019년 BLDC 시장 규모는 약 163억 달러였으며, 2024년에는 약 224억 4천만 달러에 이를 것으로 전망됩니다.
시장 규모는 어느 정도인가요? 구체적인 적용 분야는 무엇인가요?
자동차 애플리케이션 시장
신에너지 자동차의 등장, 지능형 주행의 보급 확대, 그리고 차량 대 사물(V2E) 시범 적용으로 자동차 전자화 추세가 더욱 뚜렷해지고 있다.
미래의 자동차에서는 구동 모터 외에도 전동 파워 스티어링 시스템, 전자식 서스펜션 시스템, 차체 자세 제어 시스템, 크루즈 컨트롤 시스템, ABS, 그리고 차체 시스템(창문, 도어 잠금 장치, 시트, 백미러, 와이퍼, 선루프 등)에도 전기 모터가 많이 사용될 것입니다.
일반적으로 경제형 내연기관 차량에는 약 10개의 모터가 장착되고, 일반 승용차에는 20~30개의 모터, 고급 승용차에는 60~70개 또는 수백 개의 모터가 장착되는 반면, 신에너지 차량에는 일반적으로 130~200개의 모터가 필요합니다.
그림 2: 자동차에 사용되는 모터의 수
자동차 성능, 특히 편의성, 안전성, 연비 및 환경 보호에 대한 요구가 높아짐에 따라 자동차에 탑재되는 전자 제어 장치 및 전기 장비의 수도 그에 따라 증가했습니다. 다양한 전기 장치의 사용은 자동차에 탑재되는 모터 장비의 수 증가로 이어졌습니다.
최근 몇 년 동안 신에너지 자동차는 발전 추세로 자리 잡았으며, 전 세계적으로 정책적으로도 신에너지 자동차 개발이 활발히 추진되고 있습니다. 유럽과 미국 등 선진국들은 신에너지 자동차 시장을 적극적으로 개척하고, 다양한 보조금 및 우대 정책과 법률을 통해 신에너지 자동차 개발을 촉진하며, 기존 내연기관 차량에서 전기 자동차로의 전환을 장려하고 있습니다.
중국에서는 2019년 7월 이후 보조금이 급격히 감소하면서 성장률이 둔화되었습니다. 그러나 2020년 주요 자동차 기업들이 테슬라 모델 3, 폭스바겐 ID.3 등 신에너지 모델을 잇달아 출시하면서 자동차 산업은 보조금 주도형에서 수요 주도형으로 전환되어 제2의 고속 성장기에 진입할 것으로 예상됩니다.
5G
2020년은 중국의 5G 발전에 있어 매우 중요한 해였습니다. 1분기에는 코로나19 팬데믹의 영향으로 5G 구축이 지연되었지만, 차이나 모바일은 2020년 말까지 5G 기지국 30만 개를 구축하겠다는 목표를 변함없이 추진하고 있다고 밝혔습니다. 차이나 텔레콤과 차이나 유니콤 또한 팬데믹의 여파를 만회하기 위해 3분기까지 신규 5G 기지국 25만 개 구축을 완료하는 데 주력할 계획입니다. 중국방송통신부(CRTV)가 계획한 5만 개 기지국 외에도 중국은 올해 총 60만 개의 기지국을 건설할 예정입니다.
그림 3: 2020년 주요 4대 통신사가 건설할 예정인 5G 기지국 수
5G 기지국에는 모터가 필요한 곳이 많으며, 그중에서도 가장 중요한 것은 기지국 안테나입니다. 현재 5G 기지국 안테나에는 기어박스 부품이 포함된 제어 모터 제품이 장착되어 있으며, 스테퍼 모터와 브러시리스 모터 두 가지 옵션이 있습니다. 각 전동식 안테나에는 기어박스가 내장된 제어 모터가 함께 제공됩니다.
일반적으로 일반 통신 기지국에는 약 3개의 안테나가 필요하고, 4G 기지국에는 4~6개의 안테나가 필요하며, 5G 기지국과 안테나의 수는 더욱 증가할 것입니다.
기지국 안테나 외에도 기지국 냉각 시스템에는 컴퓨터 팬, 에어컨 컴프레서 등과 같은 모터 제품이 필요합니다.
드론/수중 드론
드론은 수년간 인기를 누려왔지만, 모든 드론이 브러시리스 모터를 사용하는 것은 아닙니다. 최근에는 더 길고 가벼운 기체와 더 긴 비행 시간을 구현하기 위해 많은 드론이 브러시리스 모터로 전환하고 있습니다.
드론 전문 기업 드론리(Droneii)의 보고서에 따르면, 2018년 세계 드론 시장 규모는 141억 달러였으며, 2024년에는 431억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 특히 아시아와 북미 지역이 가장 빠르게 성장할 것으로 전망되며, 연평균 성장률은 20.5%입니다.
중국 민용항공국의 "민간 드론 임무 등록 정보 시스템"에 따르면, 2018년 말 기준 중국에 등록된 드론은 28만 5천 대였다. 2019년 말에는 등록된 드론이 39만 2천 대를 넘어섰고, 드론의 상업 비행 시간은 125만 시간에 달했다.
특히 올해 초 전염병 유행 기간 동안 드론은 병원과 질병 통제 센터 사이를 오가며 방역 및 방역 응급 의약품과 검체의 자동 운송을 수행하는 등 중요한 역할을 했습니다. 고속도로를 선회하며 수작업으로 이루어지는 공중 지휘를 대체했고, 소독 전문가로 변신하여 전국 농촌 지역은 물론 도시 지역까지 방역, 소독, 살균 작업을 완료했습니다. 또한 홍보 전문가로 변신하여 슬로건을 외치며 사람들에게 집에 머물도록 설득하는 등 다양한 역할을 수행했습니다.
코로나19 팬데믹의 영향으로 비대면 배송이 다시 한번 주목받고 있습니다. 중국에서는 민용항공국이 지난해 드론 물류 배송 시범 서비스를 시작했으며, 팬데믹으로 인해 중국 내 발전 속도가 더욱 빨라질 것으로 예상됩니다. 해외에서는 물류 대기업 UPS와 독일 드론 제조업체 윙콥터(Wingcopter)가 협력하여 새로운 수직이착륙(VTOL) 드론을 화물 운송에 도입하고 있습니다.
우리가 아직 잘 알지 못하는 수중 드론도 있는데, 현재 서서히 측정을 시작하고 있습니다. 2017년에 인터뷰했던 수중 드론 회사가 생각나는데, 당시에는 크라우드펀딩을 통해 수백 대만 출하했지만 지금은 양산에 들어갔습니다. 연간 출하량이 수만 대에 달합니다.
전기 스쿠터/전기 자동차
전동 스쿠터는 기존의 주행 경험을 유지하면서도 지능형 보조 동력을 제공합니다. 자전거와 기존 전기 자동차의 중간 형태인 이동 수단으로, 센서를 통해 주행 신호를 분석하여 적절한 동력 보조를 제공함으로써 운전자의 부담을 줄이고 더욱 편리한 주행을 가능하게 합니다. 자전거와 비교했을 때, 전동 스쿠터에는 모터, 배터리, 센서, 컨트롤러, 계기판 등이 추가되어 더욱 다채로운 주행 경험을 제공합니다. 또한, 기존 전기 자동차와 달리 전동 스쿠터는 핸들 조작으로 속도를 제어하는 대신, 센서를 통해 주행 신호를 포착하여 운전자의 주행 의도를 파악하고 그에 맞는 동력 보조를 제공함으로써 더욱 스마트한 주행을 구현합니다.
그림 4: 자전거, 전기 스쿠터 및 기존 전기 자동차 비교
중국에서 전기 스쿠터의 판매 가격은 2,000위안에서 10,000위안 사이입니다. 유럽식 허브휠 전기 스쿠터는 500유로에서 1,700유로, 미드휠 전기 스쿠터는 2,300유로에서 3,300유로에 판매됩니다. 전기 스쿠터의 가격은 자전거와 전기 자동차보다 훨씬 높습니다.
모터는 전동 스쿠터 전기 시스템의 핵심 부품입니다. 전동 스쿠터는 소형화, 경량화, 작동 효율성 및 외관 신뢰성이 요구되는데, 이러한 이유로 모터의 성능은 모터의 성능에 직접적인 영향을 받습니다. 따라서 모터 제조업체들은 일반적으로 전동 스쿠터의 요구 사항에 맞춰 모터를 맞춤 개발합니다. 전동 모터는 전동 스쿠터 전체 비용의 10%에서 30%를 차지합니다.
유럽에서는 전기 스쿠터에 대한 수요가 매우 높습니다. 유럽 자전거 산업 협회의 자료에 따르면, 2006년부터 2018년까지 유럽 시장의 전기 스쿠터 판매량은 9만 8천 대에서 250만 대로 증가했으며, 연평균 복합 성장률은 31%에 달했습니다.
일본 시장 또한 꾸준히 성장하고 있습니다. 일본은 전기 스쿠터를 개발, 생산, 판매한 최초의 국가입니다. 1980년대에 1세대 전기 스쿠터 개발에 성공했습니다. 그러나 일본의 산악 지형, 험준한 도로, 그리고 심각한 노후화로 인해 전기 스쿠터는 필수적인 선택지가 되었습니다.
국내 시장은 아직 초기 단계이며, 향후 성장 가능성이 매우 큽니다. 현재 모비, 샤오미, 해로우, 더블스피드, 이터널 등의 기업들이 중국에서 전기 스쿠터 보급을 위해 노력하고 있습니다.
산업용 로봇
중국에서 산업용 로봇은 주로 대체재 시장이며, 그 잠재력은 매우 큽니다. 중국은 세계 최대의 산업용 로봇 시장이지만, 산업용 로봇 분야에서 세계적인 제조업체들은 스웨덴의 ABB, 일본의 FANUC, 야스카와 전기 주식회사, 그리고 독일의 쿠카를 비롯한 4대 기업 등 미국, 일본, 독일 등 선진국에 집중되어 있습니다.
그림 5: 산업용 로봇 판매량. (자료 출처: 국제 로봇 연맹)
국제로봇연맹(IFRO) 자료에 따르면 2018년 전 세계 산업용 로봇 판매량은 42만 2천 대였으며, 이 중 중국에서 15만 4천 대가 판매되어 36.5%를 차지했습니다. 또한, 중국 국가통계국 자료에 따르면 중국의 산업용 로봇 생산량은 2015년 약 3만 3천 대에서 2018년 18만 7천 대로 꾸준히 증가하여 빠른 성장세를 보이고 있습니다.
더욱이 최근 정부의 지속적인 산업 지원과 국내 기업들의 꾸준한 성장세에 힘입어 국내 산업용 로봇의 국산화율이 지속적으로 증가하고 있다. 2018년 상반기에는 로봇 본체 국산 판매 비중이 2015년 19.42%에서 28.48%로 상승했다. 이와 동시에 중국 전체 산업용 로봇 판매량도 성장세를 유지하고 있다.
팬
팬에는 선풍기, 레인지 후드, 헤어드라이어, 커튼 팬, HVAC 팬 등이 포함됩니다. 주요 하위 제조업체로는 Midea, Emmett, Gree, Pioneer, Vantage, Boss 등이 있습니다.
가정용 선풍기 시장은 규모가 매우 크며, 중국의 가정용 선풍기 생산량 또한 상당합니다. 국가통계국 자료에 따르면 2018년 중국의 가정용 선풍기 생산량은 1억 8천만 대에 달했습니다. 2017년 12월 자료는 없지만, 11개월 누적 자료에 따르면 1억 6천만 대였습니다. 2016년에도 1억 6천만 대가 생산되었으며, 2019년에는 약 1억 9천만 대에 이를 것으로 추정됩니다.
그림 6: 중국의 가정용 선풍기 생산량. (자료 출처: 국가통계국)
현재 중국의 주요 소형 가전 제조업체인 미디어, 파이오니어, 니크롬, 에밋 등은 브러시리스 모터를 탑재한 제품을 시장에 출시하고 있습니다. 그중 에밋이 가장 많은 제품을 보유하고 있으며, 샤오미는 가장 저렴한 가격으로 제품을 제공합니다.
샤오미와 같은 해외 제조업체들의 진출로 가정용 선풍기 분야에서 브러시리스 모터의 도입 속도가 빨라지고 있다. 이제 가정용 선풍기 분야에서도 국내 브러시리스 모터 제조업체들이 자리를 잡아가고 있다.
가정용 선풍기 외에도 컴퓨터 팬과 같은 장비용 팬도 있습니다. 실제로 장비용 팬의 열풍기는 오래전부터 브러시리스 모터로 전환되기 시작했습니다. 이 분야의 대표적인 기업으로는 Ebm-papst가 있으며, 이 회사의 팬 및 모터 제품은 환기, 에어컨, 냉장, 가전제품, 난방 및 자동차 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
현재 중국의 많은 기업들이 EBM과 유사한 브러시리스 컴퓨터 팬을 생산하고 있으며, EBM 시장의 상당 부분을 점유하고 있습니다.
특히 국내 충전소 보급이 증가함에 따라 국내 제조업체들은 큰 기회를 맞이할 것으로 예상됩니다. 또한, 국가가 '신규 인프라' 사업에 충전소를 포함시키면서 올해 더욱 활발한 개발이 이루어질 전망입니다.
냉동고 냉각 팬도 있습니다. 산업 표준 및 국가 에너지 효율 표준의 영향으로 냉동고 냉각 팬은 BLDC 모터로 전환되기 시작했으며, 전환 속도가 비교적 빨라 많은 제품에 적용되고 있습니다. 2022년까지 냉동고 냉각기의 60%가 가변 주파수 모터로 교체될 것으로 예상됩니다. 현재 국내 냉동고 냉각기 관련 제조업체는 주로 양쯔강 삼각주와 주강 삼각주 지역에 집중되어 있습니다.
환풍기 종류 중에는 주방 가전의 중요한 구성 요소인 레인지 후드도 있습니다. 하지만 비용 문제 때문에 레인지 후드에 브러시리스 모터를 적용하는 비율은 아직 높지 않습니다. 현재 주파수 변환 방식은 약 150위안 정도인데, 브러시리스 모터를 사용하지 않는 방식도 100위안 이내로 가능하며, 저가형은 30위안 정도까지도 구입할 수 있습니다.
많은 최신 선풍기와 공기청정기에도 브러시리스 모터 솔루션이 사용되고 있습니다. 현재 시판되는 소형 제품에는 일반적으로 네딕(Nedic)의 외장형 로터 모터가 사용되고 있으며, 대형 공기청정기에는 일반적으로 EBM 팬이 사용되고 있습니다.
또한, 지난 2년간 생산되어 온 공기 순환 팬이 있는데, 현재 가격이 비교적 높습니다. 일반적으로 완제품 가격은 781대이며, 2000대에서 3000대에 이르는 더 고가의 제품도 몇 가지 있습니다.
압축기
냉장고 컴프레서의 속도가 냉장고 내부 온도를 결정하기 때문에, 가변 주파수 냉장고 컴프레서는 온도에 따라 속도를 조절할 수 있습니다. 이를 통해 냉장고는 현재 온도 상황에 맞춰 작동을 조절하고 내부 온도를 더욱 일정하게 유지할 수 있습니다. 결과적으로 식품 보존 효과가 향상됩니다. 대부분의 가변 주파수 냉장고 컴프레서는 BLDC 모터를 사용하여 효율이 높고 소음이 적으며 수명이 길다는 장점을 가지고 있습니다.
그림 7: 중국의 냉장고 및 가변주파수 냉장고 판매량 (자료 출처: 국가통계국)
이 분야는 과거에는 일본, 한국, 대만 제조업체의 제품이 지배적이었지만, 2010년 이후 국내 제조업체들이 빠르게 성장하기 시작했습니다. 상하이의 한 제조업체는 연간 출하량이 거의 3천만 대에 달한다고 합니다.
국내 반도체 제조업체들의 발전으로 메인 MCU 제조업체든, 프리드라이브 게이트 드라이버든, 파워 MOSFET이든, 국내 제조업체들이 기본적으로 공급할 수 있게 되었습니다.
또한 에어컨 컴프레서도 있습니다. 현재 가변 주파수 에어컨이 널리 보급되어 트렌드가 되었습니다. 중국의 에어컨 생산량도 상당히 많습니다. 국가통계국에 따르면 2018년 에어컨 모터 생산량은 3억 6천만 대였으며, 그중 에어컨용 BLDC 모터 생산량은 약 9천 6백만 대였습니다. 더욱이 에어컨용 BLDC 모터 생산량은 매년 꾸준히 증가하고 있습니다.
전동 공구
전동공구는 가장 널리 사용되는 하드웨어 및 전기기계 제품 중 하나입니다. 가벼운 무게, 편리한 휴대성, 높은 생산 효율, 낮은 에너지 소비량 덕분에 건설, 장식, 목재 가공, 금속 가공 및 기타 제조업 등 다양한 산업 분야에서 드릴링, 절단, 연삭 작업에 널리 사용됩니다.
기술의 지속적인 발전과 DIY 개념의 점진적인 확산으로 전동 공구의 활용 범위도 꾸준히 확대되고 있습니다. 기존의 수동 공구 작업들이 전동 공구로 대체되기 시작했으며, 전동 공구는 산업 현장뿐 아니라 가정생활에도 점차 널리 사용되고 있습니다. 전동 공구에 대한 수요는 해마다 증가하고 있습니다.
브러시리스 전동공구는 사실 오래전부터 존재해 왔습니다. 2010년경 몇몇 해외 브랜드에서 브러시리스 모터를 사용한 전동공구를 선보였습니다. 리튬 이온 배터리 기술이 성숙해짐에 따라 가격이 더욱 저렴해지고, 휴대용 공구의 크기도 해마다 커져서 이제는 플러그인 공구와 거의 동일한 비율로 판매되고 있습니다.
통계에 따르면 국내 전동 렌치는 기본적으로 브러시리스 모터를 사용하고 있지만, 전동 드릴, 고전압 공구, 원예 공구는 아직 완전히 브러시리스로 전환되지는 않았지만 전환 과정이 진행 중입니다.
이는 주로 브러시리스 모터의 에너지 절약 및 고효율 덕분에 휴대용 전동 공구를 더 오랫동안 사용할 수 있기 때문입니다. 현재 보쉬, 디월트, 밀워키, 료비, 마키타 등 많은 국내외 제조업체들이 제품 개발에 막대한 투자를 하고 있습니다.
현재 중국의 전동공구 산업은 특히 많은 전동공구 제조업체가 집중된 장쑤성과 저장성 지역을 중심으로 매우 빠르게 발전하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 장쑤성과 저장성 지역에서 브러시리스 모터 제어 솔루션 가격이 급격히 하락하면서 많은 제조업체들이 가격 경쟁을 벌이고 있습니다. 전동공구용 브러시리스 모터 제어 솔루션 가격이 6~7위안 정도에 불과하고, 심지어 4~5위안인 제품도 있다고 합니다.
펌프
수중 펌프는 다양한 종류와 솔루션을 갖춘 비교적 전통적인 산업 분야입니다. 동일한 출력의 구동판조차도 현재 시중에는 다양한 종류가 있으며, 가격대도 2위안 미만에서 40~50위안에 이르기까지 천차만별입니다.
급수 펌프 분야에서 3상 비동기 모터는 주로 중대형 용량에 사용되는 반면, AC 양극 펌프는 주로 소형 및 초소형 급수 펌프에 사용됩니다. 현재 진행 중인 북부 지역 난방 개보수 사업은 펌프 솔루션 분야의 기술 혁신을 위한 좋은 기회입니다.
순전히 기술적인 관점에서만 보더라도 브러시리스 모터는 부피, 출력 밀도, 심지어 비용 면에서도 여러 가지 이점을 가지고 있어 펌프 분야에 적용하기에 더 적합합니다.
개인 건강 관리
개인 위생 관리 측면에서 대표적인 제품으로는 다이슨의 인기 인터넷 제품인 에어덕트와 패시아건 두 가지가 있습니다.
다이슨이 고속 디지털 모터를 사용한 풍동 제품을 출시한 이후, 풍동 시장 전체에 새로운 활력을 불어넣었습니다.
징펑밍위안의 첸즈춘이 이전에 소개한 바에 따르면, 현재 국내 풍동 기술은 크게 세 가지 방향으로 발전하고 있습니다. 첫째는 다이슨을 벤치마킹하여 초고속 브러시리스 모터를 사용하는 방식으로, 일반적인 회전 속도는 분당 약 10만 회전이며, 최고 속도는 분당 16만 회전에 달합니다. 둘째는 U 모터를 대체하는 방식으로, U 모터와 유사한 속도를 내면서도 무게가 가볍고 풍압이 높은 장점을 가지고 있습니다. 셋째는 네딕의 방식을 모방한 외장형 고전압 모터 방식입니다.
현재 국내 모방 제품은 과거처럼 단순히 복제하는 데 그치지 않고, 특허를 회피하고 일정 수준의 혁신을 이루어낸 것이 특징입니다.
최근 몇 년 동안 파시아건의 출하량이 급증하고 있습니다. 헬스 트레이너와 스포츠 애호가들 사이에서 파시아건이 보편화되었다고 합니다. 파시아건은 진동의 기계적 원리를 이용하여 심부 근막에 진동을 전달함으로써 근막을 이완시키고 근육 긴장을 완화하는 효과를 냅니다. 운동 후 근육 이완 도구로 사용하는 사람들도 있습니다.
하지만, 페시아 건 시장도 현재 매우 침체되어 있습니다. 겉모습은 비슷해 보이지만, 가격은 100위안에서 3000위안 이상까지 천차만별입니다. 페시아 건에 사용되는 BLDC 모터 제어 드라이브 보드의 시장 가격이 8위안대까지 떨어졌고, 심지어 6위안 정도의 제어 드라이브 보드까지 등장하면서 페시아 건 가격이 급격히 하락했습니다.
한 자동차 제조업체가 파산 직전이었는데, 근막 마사지기의 도움으로 순식간에 회생하여 상당히 번창했다고 합니다.
물론 이 두 제품 외에도 남성용 면도기나 여성용 미용 기기 등에서도 브러시리스 모터를 사용하는 추세가 있습니다.
결론
전반적으로 BLDC 모터는 아직 초기 단계에 있으며 그 응용 분야는 현재 빠르게 확대되고 있습니다. 제가 언급한 것 외에도 서비스 로봇, AGV, 청소 로봇, 벽 파쇄기, 튀김기, 식기세척기 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 실제로 우리 생활 곳곳에 전기 모터가 사용되고 있으며, 앞으로 우리가 탐구해야 할 응용 분야는 무궁무진합니다.
게시 시간: 2023년 7월 15일
