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조회수: 0 작성자: 사이트 편집자 게시 시간: 2026-04-16 출처: 대지
반도체 웨이퍼 이송 로봇, 우주 정거장 조작기, 핵 검사 로봇 및 진공 코팅 시스템에서 새로운 구동 솔루션인 프레임리스 진공 모터가 엔지니어들 사이에서 인기를 얻고 있습니다. 하우징, 베어링, 샤프트 없이 고정자와 회전자만으로 구성된 이 로봇 관절은 로봇 관절에 직접 내장되어 관절의 '기본 근육'이 될 수 있습니다.
Jiangsu Wheatstone은 특히 로봇 공학 응용 분야를 위해 맞춤형 프레임리스 진공 모터 시리즈를 개발했습니다. 탑재해 초고진공 호환성, 프레임리스 다이렉트 임베딩, 저전압 하이토크를 3대 핵심 기술로 극한 환경에서도 정밀한 모션을 가능하게 하는 '보이지 않는 힘'을 제공한다.
기존 로봇 조인트는 일반적으로 모터, 감속기, 인코더 및 브레이크를 모듈식 어셈블리로 쌓아서 부피가 크고 전송 체인이 길고 감속기 백래시로 인해 정확도가 제한됩니다. 프레임리스 모터 설계 철학은 근본적으로 다릅니다.
하우징 없음, 베어링 없음, 샤프트 없음 : 고정자와 회전자만 있습니다. 고정자는 조인트 하우징에 내장되어 있으며 로터는 장비 자체 베어링에 의해 지지되는 조인트 샤프트에 직접 장착됩니다. 이는 중간 변속기 구성 요소를 제거하여 진정한 직접 구동을 실현합니다.
백래시 제로, 고강성 : 감속기가 없어 기어메쉬 클리어런스(백래시)가 없어지고 시스템 강성이 대폭 향상됩니다. 고해상도 인코더와 함께 사용하면 초 단위 반복성을 달성할 수 있습니다.
컴팩트한 통합 : 프레임리스 모터는 축 길이를 기존 모터의 1/3 또는 1/2로 줄이고 관절 부피를 30% 이상 줄이며 휴머노이드 및 협동 로봇의 소형화를 위한 중요한 지원을 제공합니다.
로봇 응용 분야의 진공, 청결 및 극심한 온도 변화에 대한 요구 사항을 해결하기 위해 Wheatstone은 재료, 구조 및 공정 전반에 걸쳐 모터를 체계적으로 설계했습니다.
10⁻⁷ Pa 초고진공 호환성 – 물질 수준의 '청정 유전자'
기존 모터에서는 자석 와이어 바니시, 그리스, 실런트, 플라스틱 등의 유기 물질이 10⁻⁴ Pa 미만의 압력에서 수증기와 탄화수소를 지속적으로 방출하는데, 이를 가스 방출이라고 합니다. 가스 방출은 진공 챔버와 민감한 광학 장치를 오염시킬 뿐만 아니라 윤활유 증발, 베어링 공회전 및 절연 성능 저하를 유발합니다.
Wheatstone 프레임리스 진공 모터는 재료 소스에서 가스 방출을 제어합니다.
절연 시스템 : 폴리이미드 필름 절연 와이어 또는 세라믹 절연 권선, 총 질량 손실(TML)은 0.1% 미만으로 제어되고 수집된 휘발성 응축 물질(CVCM)은 0.01% 미만입니다. 권선은 무용제 수지가 모든 공극을 채우는 VPI(진공 압력 함침)로 처리되어 가스 방출을 더욱 줄입니다.
베어링 및 윤활 : 초고진공 응용 분야의 경우 Wheatstone은 고체 윤활제 코팅(MoS2 또는 다이아몬드 유사 탄소)이 포함된 전체 세라믹 베어링(질화 규소 볼)을 제공하여 그리스 휘발을 완전히 제거하고 10⁻⁷ Pa에서 장기간 유지 관리가 필요 없는 작동을 가능하게 합니다.
밀폐형 단자 : 유리소결 피드스루는 고온에서 특수 유리와 금속 핀을 융합하여 10⁻⁹ Pa·m³/s 미만의 누출률로 원자 수준 결합을 형성합니다.
부품 전처리 : 금속 부품(고정자 코어, 로터 요크)을 조립하기 전에 초음파 세척 및 진공 고온 베이킹(150℃, 48시간)을 거쳐 표면 흡착 가스를 제거하여 초기 가스 방출률을 더욱 감소시킵니다.
프레임리스 다이렉트 임베딩 – 로봇 관절을 위한 맞춤형
Wheatstone 프레임리스 진공 모터는 별도의 고정자와 회전자 키트로 제공되므로 엔지니어는 조인트의 기계적 구조에 따라 모터 하우징과 베어링 시스템을 설계할 수 있습니다.
큰 중공 구멍 : 로터 중심의 관통 구멍(일반적인 구멍 직경 15-80mm)을 통해 공기 라인, 유체 라인, 케이블 또는 레이저 빔이 조인트 중심을 통과할 수 있어 로봇의 '내부 케이블 라우팅'이 가능합니다.
높은 토크 밀도 : 많은 수의 극쌍과 고급 NdFeB 영구 자석을 사용하여 토크 밀도는 15~25Nm/kg에 달합니다. 이는 동일한 크기의 기존 모터에 비해 2~4배입니다.
낮은 코깅 토크 : 최적화된 자기 회로 설계와 분수 슬롯 집중 권선으로 코깅 토크를 정격 토크의 0.5% 미만으로 유지하여 초저속에서 '크롤링'이 발생하지 않도록 합니다.
넓은 속도 범위 : 1rpm에서 3000rpm까지 안정적인 작동으로 정밀 위치 결정부터 빠른 동작까지 모든 것을 포괄합니다.
열 관리 및 WideTemperature 적응
진공에서는 대류 냉각이 없습니다. 휘트스톤은 최적화된 전자기 설계(철 및 구리 손실 감소)를 통해 소스에서 열 발생을 줄입니다. 열전도율이 높은 포팅 화합물로 채워진 고정자와 장착 인터페이스 사이의 열 저항이 낮은 경로는 열을 챔버 벽이나 외부 냉각 시스템에 효율적으로 전달합니다. 모터는 -40℃ ~ +150℃(200℃까지 확장 가능)에서 안정적으로 작동합니다.
반도체 진공 이송 로봇(EFEM/진공 로봇)
반도체 웨이퍼 제조에서 EFEM 및 진공 로봇은 웨이퍼를 이송하기 위해 10⁻⁵ Pa ~ 10⁻⁷ Pa에서 작동합니다. 모터는 초고진공을 견뎌야 하며 웨이퍼 오염을 방지하기 위해 극히 적은 입자 수를 생성해야 합니다.
Wheatstone 솔루션 : 로봇 관절에 직접 내장된 맞춤형 프레임 없는 진공 모터로 기존의 '모터 + 벨로우즈 + 외부 드라이브' 방식을 대체합니다. 풀 세라믹 베어링과 고체 윤활을 사용하여 10⁻⁶ Pa에서 30,000시간 이상 연속 작동하여 입자를 생성하지 않고 ±0.01mm의 반복성을 달성합니다. QYResearch에 따르면 세계 반도체 진공 이송 로봇 시장은 2024년 4억 3,600만 달러에서 2031년 6억 9,000만 달러로 연평균 성장률(CAGR) 7.2%로 성장할 것으로 예상됩니다. 빠르게 성장하는 시장에서 Wheatstone 프레임리스 진공 모터는 가정용 진공 로봇에 안정적인 구동 코어를 제공합니다.
우주 정거장 외부 조작기
우주 정거장 조작기는 극심한 온도 변화(-50℃ ~ +130℃) 및 높은 방사선 환경에서 10⁻⁷ Pa에서 작동해야 합니다. 모터는 외부 광학 센서를 오염시킬 수 있는 가스 방출 없이 심각한 열 주기를 견뎌야 합니다.
휘트스톤(Wheatstone) 솔루션 : 사마륨 코발트 영구 자석(350℃ 정격, 200℃에서 자속 감쇠 <5%) 및 전체 세라믹 베어링을 갖춘 폭넓은 온도 프레임 없는 진공 모터는 -196℃ ~ +200℃의 열 충격 테스트를 통과했습니다. CASC 제4아카데미에서 보고한 달 샘플링 조작기의 경우 모터 어셈블리는 지구보다 훨씬 높은 방사선 수준을 견디면서 130℃를 초과하는 직접적인 태양 노출에서 작동해야 합니다. Wheatstone의 프레임 없는 진공 모터 기술은 이러한 우주 등급 요구 사항에 밀접하게 부합합니다.
원자력 검사 로봇
원자로 검사 로봇은 고방사선, 진공/불활성 가스 환경에서 작동합니다. 모터는 방사선 경화 처리되어야 하며(누적 선량 최대 10⁶ Gy) 윤활유 휘발로 인해 2차 오염이 발생해서는 안 됩니다.
Wheatstone 솔루션 : 방사선 경화 프레임리스 진공 모터는 무기 절연 시스템과 고체 윤활제를 사용하며 누적 방사선 내성은 최대 1.0×107 Gy입니다. 원전해체설비에서는 5,000시간 이상 고장 없이 연속 운전됐다.
진공 코팅 로봇
OLED 증발 및 광학 코팅 시스템에서 로봇은 기판을 이송하기 위해 10⁻⁴ Pa ~ 10⁻⁵ Pa에서 작동합니다. 모터는 가스 방출이 적고 진동이 적으며 정밀도가 높아야 합니다.
Wheatstone 솔루션 : 세라믹 베어링이 장착된 프레임리스 진공 모터는 10⁻⁵ Pa에서 20,000시간 이상 연속 작동하며 속도 리플은 0.1% 미만이고 위치 정확도는 ±0.005mm입니다.
| 매개변수 | Wheatstone 사용자 정의 범위 | 비고 |
|---|---|---|
| 외경 | 40mm – 300mm | 다양한 관절 크기에 적합 |
| 정격전압 | DC 12V – 300V / AC 220V | 저전압 DC 옵션 |
| 정격 출력 | 50W – 5kW | 관절 하중 기준 |
| 정격 토크 | 0.2Nm ~ 120Nm | 협동/산업/휴머노이드 로봇용 |
| 피크 토크 | 0.6Nm – 360Nm(3배 과부하) | 시작 정지를 위한 높은 토크 |
| 정격 속도 | 500 – 3000rpm | 저속 고토크에 최적화 |
| 중공 직경 | 6mm – 80mm | 라인, 케이블 또는 레이저 빔용 |
| 진공 등급 | 10⁻⁴ Pa – 10⁻⁸ Pa | 최대 10⁻⁸ Pa |
| 온도 범위 | -196℃ ~ +200℃ | 넓은 온도 적응 가능 |
| 절연 등급 | H급(180℃) / C급(200℃+) / 세라믹 | 온도 요구 사항에 따라 |
| 베어링/윤활 | 풀세라믹 + 고체윤활제 / 진공그리스 | UHV용 고체 윤활제 표준 |
| 인코더 | 23비트 절대 / 리졸버 / 증분 | 진공 적합성, 내방사성 옵션 |
| 옵션 | 전자기 브레이크, 온도 센서, 진공 호환 케이블 | 맞춤형 |
반도체 공장의 웨이퍼 처리부터 우주 정거장의 외부 협업과 원자력 시설 내부 검사까지, Wheatstone 프레임리스 진공 모터는 극한 환경 로봇 드라이브의 중요한 '조인트'가 되고 있습니다. 이는 로봇 관절을 더 가볍고, 더 작고, 더 유연하게 만들어 로봇이 진공 상태에서 '자유롭게 호흡하고, 정확하게 회전하며, 오래 살 수 있게' 해줍니다.
로봇 응용 분야에 대한 맞춤형 프레임리스 진공 모터 요구 사항은 Wheatstone 기술 팀에 문의하세요. 전자기 설계 및 재료 선택부터 진공 테스트 및 신뢰성 검증에 이르기까지 엔드투엔드 맞춤화를 제공합니다.
