하이브리드 리니어 모션 시스템 선택 시 고려할 사항
Schneider
소개
전기 모터를 사용하는 모든 리니어 모션 시스템은 회전력을 선형 힘으로 변환한다. 일반적으로 회전 운동은 회전 모터, 랙 앤 피니언 세트, 벨트와 풀리 시스템 같은 기존의 기계 구성 요소로 직선 운동으로 전환한다.
모터의 회전 운동은 선형 변위로 자체 변환하는 것이 가장 효율적이고 경제적이다.
직접 구동 전기 모터 리니어 액추에이터는 일부 기계 구성 요소와 하드웨어를 제거하여 안정성을 높이는 동시에 시스템 크기, 비용, 복잡성을 줄인다.
스테퍼 모터 리니어 액추에이터
스테퍼 모터 리니어 액추에이터는 모터의 샤프트를 리드 스크루와 너트로 교체하여 회전 동력을 발생시킨다. 고해상도 마이크로 스텝 구동 드라이버로 스텝 모터를 구동할 수 있으므로 정밀한 위치 설정이 가능하다.
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디자인은 세 종류이다.
1. 외부 샤프트
2. 비 캡 티브 샤프트(Non-captive shaft)
3. 캡티브 샤프트(Captive shaft)
각 디자인은 나름의 목적과 장단점이 있다.
외부 샤프트
외부 샤프트 리니어 액추에이터는 모터 샤프트를 회전하는 리드 스크루로 교체한다. 힘은 나사의 길이를 따라 이동하는 고정 너트를 통해 발생한다.
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장점
· 외부 샤프트 리니어 액추에이터는 다양한 너트 재료로 유연한 힘 프로파일을 갖는다. 황동이나 청동 너트는 하중에 사용하는 힘을 증가시키지만 플라스틱은 소음을 줄이면서 장치의 수명을 늘린다.
· 너트와 나사산 사이의 이격 거리로 인해 움직이지 않는 기계적 백래시를 보상하기 위해, 백래시 방지 너트를 사용하여 운영한다.
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단점
· 리드 스크루는 윤활이 필요하며, 마모되기 쉽기 때문에 장치의 수명과 효율성이 떨어진다. · 나사의 길이는 제한되어 있다. 긴 나사를 사용하면 고속 이동 중에 진동 문제가 발생할 수 있다.
· 너트 재질과 디자인의 한계로 가능한 최대 힘은 비캡티브 스타일과 캡티브 스타일보다 낮을 수 있다.
애플리케이션 분야
외부 축 스테퍼 모터 리니어 액추에이터에 이상적인 적용 분야
· XYZ 스테이지 · 3D 프린터
비 캡 티브 샤프트
비캡티브 샤프트 리니어 액추에이터는 모터 본체를 관통하는 리드 스크루에 힘이 전달되어 로터에 내부적으로 결합된 나사 너트를 통해 토크를 힘으로 변환한다.
비캡티브 샤프트 리니어 액추에이터는 스테퍼 기반 액추에이터 에서 독창적이며, 아래 두 방법 중 하나로 적용한다.
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1. 고정형 리드 스크루: 부하가 모터 본체에 부착되어 있다. 내부 너트가 리드 스크루의 길이를 따라 앞뒤로 모터를 움직인다.(그림 6)
2. 고정식 모터: 부하가 리드 스크루의 끝에 부착된다. 내부 너트가 모터 몸체를 통해 리드 스크루를 앞뒤로 움직인다.(그림 7)
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장점
캡티브가 아닌 리니어 액추에이터 스타일을 사용하면 다음과 같은 장점이 있다.
· 더 긴 리드 스크루가 사용되어 넓은 범위의 이동이 가능하다.
· 부하가 모터에 부착되면 모터의 질량이 댐퍼 역할을 하여 진동이 감소되므로 회전하지 않는 나사를 사용하면 안전과 성능상의 장점이 있다.
· 스테퍼 모터 리니어 액추에이터 중, 가장 저렴한 유형이지만 외부 샤프트 스타일의 액추에이터보다 약간 작다.
단점
· 크기: 모터의 직경은 일반적으로 외부 샤프트 작동기의 너트 직경보다 크다. 또한, 스크루의 양단을 지지하기 위해 필요한 추가 고정 장치의 크기와 부하 가이드 사용에 제한을 받는다.
· 부하가 모터에 연결되면 모터의 질량으로 가속 속도가 제한된다.
애플리케이션 분야
비 캡 티브 샤프트 리니어 액추에이터는 다음과 같은 애플리케이션에 유용하다.
· XY 테이블 · 자동 분배
캡 티브 샤프트
캡 티브 샤프트 리니어 액추에이터의 경우, 회전 샤프트가 나사의 길이를 따라 너트를 움직이는 외부 샤프트 스타일과 마찬가지로 힘이 발생한다. 주요 차이점은 힘이 회전을 방지하기 위해 스플라인된 슬라이딩 실린더로 전달된다는 것이다. 너트가 나사를 따라 이동함에 따라 실린더가 밀리고 당겨진다.
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장점
· 크기가 작다.
· 리드 스크루와 너트는 실린더 하우징 안에 있다. 노출된 움직이는 부분은 회전이 없는 원통이다.
· 유사한 외부 샤프트 모델보다 더 큰 힘 출력이다.
· 새로운 디자인의 소형 공압 액추에이터의 탁월한 대체품이다.
단점
· 주행 기간은 제한되어 있다.
· 다른 리니어 액추에이터 유형보다 비싸다.
애플리케이션
캡티브 샤프트 리니어 액추에이터는 다음과 같은 애플리케이션에 유용하다.
· 플런저 · 클램핑
결론
세 가지 스타일의 스테퍼 모터 리니어 액추에이터는 시스템 설계자와 통합자가 저속과 고부하 애플리케이션에 적합한 액추에이터를 폭넓게 선택할 수 있게 한다.
드라이버와 컨트롤러가 통합된 소형 직접 구동 리니어 액추에이터는 시스템 크기, 부품 수, 기계적 연결을 줄이면서 에어 실린더 장치와 같은 기술을 대체한다.
자료 제공: Schneider(www.motion.schneider-electric.com)
