더지엠뉴스 송종환 기자 | 로봇 산업이 정밀 제어와 에너지 효율을 동시에 요구하는 단계로 진입하면서 모터 기술의 중심축도 빠르게 이동하고 있다. 기존 영구자석 모터와 서보 시스템의 한계를 보완할 대안으로 고조파 자기장 모터가 차세대 로봇 구동 기술로 거론되고 있다.

26일 KIC중국에 따르면 중국 로봇·전동기 업계에서는 고조파 자기장 모터가 휴머노이드 로봇과 협동 로봇, 정밀 산업 로봇 분야에서 새로운 선택지로 부상하고 있다는 평가가 나온다. 고속 회전 중심의 전통적 설계에서 벗어나, 저속 영역에서 높은 토크를 안정적으로 구현할 수 있다는 점이 기술적 전환의 핵심으로 꼽힌다.

고조파 자기장 모터는 고정자와 회전자 사이에서 형성되는 고조파 자기장을 적극적으로 활용하는 구조를 기반으로 한다. 일반 영구자석 모터가 기본 자속 성분을 중심으로 토크를 생성하는 방식이라면, 이 기술은 고차 고조파 자속을 토크 생성에 직접 활용함으로써 출력 밀도를 끌어올리는 접근법을 취한다.

이 구조의 가장 큰 특징은 기계적 감속기에 대한 의존도를 낮출 수 있다는 점이다. 고조파 자기장 모터는 상대적으로 낮은 회전 속도에서도 높은 토크를 발생시킬 수 있어, 로봇 관절에서 감속기 단수를 줄이거나 일부 구조를 단순화할 수 있는 여지를 제공한다. 이는 소음 저감과 백래시 감소, 구조 경량화로 이어진다.

로봇용 모터에서 중요한 또 다른 요소는 제어 안정성이다. 고조파 자기장 모터는 자속 분포가 균일하게 설계될 경우 토크 리플을 낮추는 데 유리한 특성을 가진다. 반복 정밀도가 요구되는 로봇 관절 구동에서 미세 진동과 위치 오차를 줄이는 방향으로 활용 가능성이 논의되고 있다.

중국 연구진과 기업들은 이 기술을 휴머노이드 로봇의 무릎, 고관절, 어깨와 같은 대토크 관절에 우선 적용하는 방안을 검토하고 있다. 이러한 부위는 하중 변화가 크고 지속적인 토크 출력이 필요한 영역으로, 고조파 자기장 모터의 특성이 비교적 잘 맞는 구간으로 분류된다.

제조 관점에서는 기술 난도가 만만치 않다. 고조파 자기장 모터는 자석 배열 설계, 전자기 해석, 권선 구조 최적화가 복합적으로 요구되며, 정밀한 공정 관리가 성능 편차를 좌우한다. 이 때문에 초기 단계에서는 연구기관과 일부 선도 기업을 중심으로 파일럿 개발이 진행되고 있다.

중국 모터 산업 내부에서는 이 기술을 기존 영구자석 모터의 대체재라기보다 보완재로 보는 시각이 우세하다. 고속 회전과 범용성이 필요한 영역은 기존 기술이 담당하고, 저속 고토크와 구조 단순화가 중요한 로봇 관절에서는 고조파 자기장 모터가 역할을 분담하는 구조가 형성될 가능성이 제기된다.

전력 효율 측면에서도 주목할 부분이 있다. 고조파 자기장 활용을 통해 동일 출력 대비 전류 밀도를 낮출 수 있을 경우, 발열 관리와 에너지 소비를 동시에 개선할 수 있다는 분석이 나온다. 이는 배터리 기반 이동 로봇이나 휴머노이드 로봇에서 시스템 설계 자유도를 높이는 요소로 작용한다.

산업계에서는 향후 5~10년을 고조파 자기장 모터 기술의 검증과 적용 확산 단계로 보고 있다. 표준화 부족과 제어 알고리즘 성숙도, 대량 생산 공정 안정성 확보가 주요 과제로 지적되지만, 로봇 구동 기술이 요구하는 방향성과는 상당 부분 맞닿아 있다는 평가다.

로봇용 모터 기술은 단순한 부품 경쟁을 넘어 구동 구조와 제어 철학의 변화로 이어지고 있다. 고조파 자기장 모터는 이러한 변화의 흐름 속에서 중국 로봇 산업이 새로운 기술 축을 실험하고 축적하는 과정에서 중요한 연구 대상로 자리 잡고 있다.

KIC중국(글로벌혁신센터·김종문 센터장)은 2016년 6월 중국 베이징 중관촌에 설립된 한국 과학기술정보통신부 산하 비영리기관이다.
한국 창업기업과 혁신기업의 중국시장 개척을 지원하는 것이 주요 업무다. 또 중국 진출의 정확한 로드맵을 제공하고 플랫폼 역할도 한다.