같은 전기모터라고 하더라도 전기자동차, 산업 설비, 전력 발전 등에 사용되는 모터는 상당히 고가이면서 고장으로 인한 중단 시 비용 손실과 파급력 면에서 더욱 심대한 리스크를 가져올 수 있다.

최근 업계 전반에서는 산업용 모터에 대한 센싱으로 데이터 수집과 모니터링를 수행하고, 이를 AI 모델이 실시간으로 데이터를 분석해 이상 징후를 판단할 수 있는 안전 시스템 개발이 각광 받고 있다.

모터 활용의 추세는 기존의 온오프 제어 방식에서 벗어나 능동적으로 출력을 제어하고, 제어기기를 활용해 다양하고 정밀한 기능을 구현하며, 하드웨드-소프트웨어 간 유기적 통합을 지향하는 ‘스마트 모터’로의 방향으로 나아가고 있다.

이와 관련해 다양한 기업들이 모터의 AI 진단·유지보수 솔루션을 개발 및 서비스하고 있으며, 최근 지멘스는 전력전자 및 모터 구동 시뮬레이션 SW로 이름난 PSIM을 서비스하는 알테어 엔지니어링을 인수하며 AI 기반 산업용 SW 포트폴리오를 강화하기도 했다.

향후 이상 징후를 광범위하게 포착할 수 있는 다양한 엣지 케이스 대응을 비롯해 정확도 향상 등이 디지털 트윈과 시뮬레이션 기반으로 혁신을 가속화할 것으로 전망되는 가운데 시장 선두에 서기 위한 기업들의 기술 개발 및 인수 합병 각축전이 산업용 모터와 AI 분야를 둘러싸고 심화될 것으로 기대되고 있다.

■ AI 기반 모터 이상감지·예지보전 솔루션 多

센서 융합된 스마트 모터는 센싱 데이터를 IoT 연결을 통해 중앙 시스템으로 저장할 수 있다. 실시간 데이터 전송과 모니터링, 원격 제어 등은 시스템 상에서 이뤄지며, 이러한 시스템에 AI 모델들이 탑재되기 시작하며 자동화와 편의성이 급격히 향상되고 있다.

최근 AI 및 데이터 분석 역량을 갖춘 전문 기업들이 스마트 모터에서 수집된 데이터를 활용해 고장 예측, 잔존 수명 예측, 운전 최적화 등 고급 분석 서비스를 제공하며 새로운 시장을 창출하고 있다.

지멘스는 모터, 펌프 등에 대한 구성 요소의 상태 모니터링 시스템을 즉시 구축할 수 있는 플러그 앤 플레이 타입의 Connection Module(CM) IOT 솔루션을 제공하고 있다. 3축 진동, 온도, 자기장, 음향 센서를 탑재한 CM IOT는 전용 AI 모델을 통해 모터 및 장비의 상태 분석을 제공해 예측 유지관리를 실현했다.

아날로그디바이스(ADI)는 OtoSense™ 스마트 모터 센서 솔루션으로 모터 작동 효율 향상을 도모했다. 상태 기반 모니터링(condition-based monitoring, CbM)과 예방 정비(predictive maintenance, PdM)가 가능한 이 솔루션은 AI 기반 완전 턴키 방식의 하드웨어-소프트웨어 솔루션이다.

국내 기업인 원프레딕트는 가디원 pdx를 통해 AI 기반 지능형 통합 산업자산 관리 플랫폼을 서비스하고 있다. 여기에서 원프레딕트는 △대형 터빈 △원심 펌프 △원심 압축기 △대형 팬 등 대형 인프라 설비를 대상으로 머신러닝 기술을 활용한 설비 이상 파악을 최신·최적화하고 있다.

이레산업에서도 전기모터 에너지효율 개선을 위한 AI 진단 기반 다이나모 시스템 및 서비스를 개발해 발표한 바 있다. 시험 데이터와 정상 데이터를 비교해 AI가 이상 징후를 판단하는 진단 시스템으로 얼라인먼트, 볼트 체결 등을 탐지하는 머신러닝 기반 고장탐지 알고리즘을 개발해 서비스하고 있다.

■ 모터, 센서 통합과 IoT 연결 실현

스마트 모터는 다양한 데이터를 감지하고 측정할 수 있는 내장형 센서를 탑재해 모터 데이터를 실시간으로 수집한다. △진동센서 △온도센서 △전류/전압 센서 △속도/위치 센서 △자기장 센서 등이 활용된다.

진동센서는 모터의 회전 불균형, 베어링 마모, 축 정렬 불량 등 기계적 이상을 감지할 수 있으며 가속도 센서, 자이로 센서 등이 활용된다.

온도 센서는 모터 권선, 베어링 등의 온도 측정을 통해 모터의 과부하 및 냉각 시스템 문제, 절연 성능 저하 등의 진단에 활용된다. 서미스터(NTC, PTC), PT100, KTY84, 베어링 RTD, 권선 RTD 등이 있다.

자기장 센서는 모터 내부 자기장 변화를 감지해 회전자와 고정자의 이상, 탈조 현상 등을 진단하는 데 활용된다. 

또한 전류/전압 센서는 모터에 흐르는 전류와 인가되는 전압을 측정해 부하 상태, 효율, 잠재적인 전기적 결함 등을 파악한다. 속도/위치 센서는 엔코더, 레졸버, 홀 센서 등을 통해 모터의 회전 속도 및 정확한 위치 정보의 실시간 측정을 위해 사용된다. 모터의 정밀 제어에 필수적인 요소이다.