기술 비교, 통합형 전동 액추에이터 vs 기존 전동 액추에이터 ①

빠르게 변화하는 산업 자동화 시장에서 기계 설계 엔지니어는 진화된 까다로운 요구사항을 충족하는 시스템을 구축한다. 선형 모션을 선택함에 있어서 신뢰할 수 있고 효율적인 설계를 위해서 통 합 및 기존 전기 액추에이터 기술이 광범위하게 선택된다. 각 기술은 애플리케이션 유형 및 요구사항에 따라 성능의 이점을 제공한다.

통합 액추에이터와 기존 액추에이터를 평가할 때 고려해야 할 몇 가지 요소가 있다. 차이점을 평가하는 방법과 비교할 대상을 아는 것은 엔지니어가 사양에 대한 요구사항을 충족하는 데 도움이 된다. 전통적인 액추에이터는 커플링, 벨트 또는 기어 박스에 의해 액추에이터에 부착된 외부 모터로 구 동되는 나사 어셈블리로 정의된다.

나사 어셈블리는 앵귤러 콘택트 볼 베어링 세트에 의해 지지되고 외부 모터에 의해 회전된다. 스러스트 로드에 결합된 너트 어셈블리는 회전 방지를 제공하여 선형 운동을 생성한다. 통합 액추에이터는 내부 할로우 코어 서보 모터에 견고하게 결합되어 구동되는 나사 어셈블리로 정의된다.

나사 어셈블리와 너트 어셈블리는 내부 서보 모터의 중공 코어 회전자 내에서 이동한다. 앵귤러 콘택트 볼 베어링 세트는 나사 어셈블리와 서보 모터 로터 어셈블리를 지지한다. 회전 방지는 스러스트 로드와 너트 어셈블리에 적용되어 선 형 모션을 생성한다.

통합 용이성

시장 출시 속도에 대한 압박이 증가함에 따라 새로운 기계를 구축하고 시운전할 때 고려해야 할 중요한 요소는 각 구성 요소가 설계에 얼마나 쉽게 통합 되는지다. 기존 액추에이터(기계식 액추에이터 및 피드백 장치가 있는 외부 서보 모터)는 일반적으로 서보 드라이브 및 모션 컨트롤러와 함께 제공된다. 통합 액추에이터는 기계식 액추에이터와 서보 모터를 서보 드라이브 및 모션 컨트롤러와 통합해야 하는 하나의 모션 모듈로 결합한다.


기존 액추에이터

타사 서보 모터는 기존 액추에이터에 장착된다. 이 모터는 일반적으로 서보 드라이브와 동일한 제조 업체에서 제조하므로 호환되는 커넥터, 피드백 장치 및 케이블을 사용하여 모터, 드라이브 및 컨트롤러를 쉽게 통합할 수 있다. 액추에이터 공급업체는 벨트, 풀리, 하드웨어 및 올바른 모터 장착 플레이 트와 같은 올바른 모터 장착 조항을 제공하거나 권 장할 수 있다. 일반적으로 고객 사이트에서 수행되 는 모터 장착에는 모터 샤프트의 측면 부하와 같은 문제를 피하기 위해 정확한 샤프트 맞물림, 모터 정렬 및 벨트 장력이 필요하다. 이 모터 장착 프로세스는 전체 액추에이터 통합 및 시운전 프로세스에 별도의 시간을 필요로 한다.


통합 액추에이터

통합 액추에이터는 시장에 나와 있는 주요 서보 모터 제조업체와 일치하도록 설계된 커넥터 및 피드백 장치를 활용한다. 기계 제작자는 드라이브 제조 업체에서 제공하는 표준 서보 드라이브 및 모터 케 이블을 사용하여 서보 드라이브와 전기적 및 기계적 통합을 용이하게 할 수 있다.

통합 액추에이터는 모터 장착 절차 및 추가 구성 요소를 제거하여 설계자의 시운전 시간을 절약한다. 기존 액추에이터와 달리 통합 액추에이터는 일반적으로 통합 액추에이터의 모터 매개변수를 서보 드라이브에 수동으로 입력하고 액추에이터 시스템에 대한 튜닝을 수행하는 데 추가 시간이 필요하다. 대부분의 서보 드라이브는 타사 모터 통합을 허용하며 일단 완료되면 모터 파일이 생성되어 반복적인 기계 빌드와 훨씬 더 빠른 통합 시간을 허용한다. 

통합 액추에이터의 장점은 기계의 기계적 설계를 변경할 필요 없이 각 제어 시스 템 브랜드에 맞게 피드백 장치와 커넥터 옵션을 변경하여 여러 제어 시스템 설계에 대한 기계적 형태, 적합성 및 기능을 유지할 수 있는 유연성이다. 기존 액 추에이터에는 브랜드마다 다양한 서보 모터 치수를 수용하는 여러 기계 설계에 대한 요구사항을 위해 두 개의 서로 다른 서보 모터 브랜드가 필요하다.

전체 부피

외부 모터 장착이 필요한 기존 액추에이터는 일반적으로 모터 폴드백(병렬 모터 장착이라고도 함)과 인라인 모터 장착 옵션을 모두 제공한다. 액추에이터 전체 길이를 비교할 때, 기존 병렬 장착 액추에이터(25-75㎜)와 기존 인라 인 장착 액추에이터(200-250㎜)는 유사한 성능의 통합 액추에이터와 비교할 때 더 길다.

통합형 인라인 액추에이터와 기존 인라인 액추에이터 간의 길이 차이 중 일부는 선택한 모터 및 피드백 옵션에 따라 다르다. 높이 비교를 위해 통합 액추에이터는 인라인 모터 장착(일반적으로 2-3㎜ 더 작음)이 있는 기존 액추에이터보다 약간 더 작고 병렬 모터 장착 구성보다 훨씬 더 작다. 병렬 구성은 액추에이 터의 높이를 430-460㎜만큼 확장된다. 모터 선택에 따라 기존 솔루션의 너비는 통합 솔루션과 비슷하거나 약간 더 클 수 있다.

무게

무게 비교는 로봇 운반, 모바일 및 액추에이터가 움직이는 질량의 일부인 유사한 애플리케이션과 같 은 애플리케이션에 종종 필수적이다. 기존 액추에이터의 무게는 선택한 모터 및 기어박스와 같은 추 가 구성 요소에 따라 다르다. 세 가지 액추에이터 구성은 모두 선택한 모터와 추가 모터 장착 구성 요 소에 따라 유사한 무게를 제공할 수 있다. 

특정 애플리케이션에서는 통합 액추에이터가 유리할 수 있다. 통합 액추에이터의 콤팩트한 디자인 은 무게 중심을 액추에이터의 중심축을 따라 장착 면에 더 가깝게 배치한다. 이를 통해 통합 액추에이 터는 로봇 팔 응용 분야에 특히 유용한 특성인 보다 효율적인 움직임을 촉진할 수 있다. 무게가 주요 적용 요소인 경우 최적의 구성을 보장하기 위해 적용 요구사항에 맞는 모터 크기와 세 가지 액추에이터 구성을 모두 비교해야 한다.

시스템 비용

두 기술 모두 시스템의 설계 및 성능 사양을 충족할 수 있다. 그렇다면 다음으로 고려해야 할 중요한 요소는 ‘비용’이다. 기존 액추에이터의 구매 비용은 통합 액추에이터보다 저렴한 경우가 많지만 기존 액추에이터에 서보 모터 비용을 고려하면 일반적으로 액추에이터 시스템 비용이 약간 높아진다. 통합 액추에이터는 가격 경쟁력이 있고 모터 장착 시간이 필요하지 않아 가장 경제적인 옵션이 되는 경우가 많다.

침투 방지

외부에 장착된 모터가 있는 기존 액추에이터에는 더 많은 수의 구성 요소가 필요하므로 물이 액추에이터에 들어가는 것을 방지하기 위해 밀봉이 필요한 기계적 조인트 수가 증가한다. 두 개의 유사한 성능 액추에이터를 비교한 결과 기존 액추에이터에는 10개의 씰/개스킷과 34개의 외부 볼트가 있는 것으로 나타났다.

유사한 통합 액추에이터에는 6개의 씰/개스킷과 16개의 외부 볼트가 있다. 감소된 기계적 조인트 및 패스너로 통합 액추에이터는 기존 액추에이터에 비 해 잠재적인 유입 지점이 적어 고압 세척이 필요한 까다로운 응용 분야 또는 환경 조건(비, 눈 등)이 있는 실외 응용 분야에 적합하다.

최대 스트로크

기존 및 통합 액추에이터 설계는 모두 고정/자유 나사 지지 시스템을 사용한다. 두 액추에이터 설계 간의 중요한 기계적 차이점 중 하나는 롤러/볼 너트 어셈블리 지지 메커니즘이다. 기존 액추에이터 에서 너트는 스러스트 로드에 부착되는 지점에서 지지된다. 이 지지 메커니즘은 전체 스트로크 길이를 통해 액추에이터를 가로지른다. 너트 어셈블리 지지 메커니즘으로 일반적인 기존 액추에이터는 최대 1.5m의 스트로크 길이를 달성할 수 있다.

그러나 통합 액추에이터는 중공 코어 로터 어셈 블리를 사용하므로 전체 스트로크에 걸쳐 연속적인 너트 어셈블리 지원을 제공할 수 없다. 이로 인해 일부 모델의 경우 스트로크 길이가 600㎜로 제 한되는데, 그 이유는 고정 위치 너트 어셈블리 지 지 메커니즘(스러스트 로드 전면 부싱으로 알려 짐)이 스트로크 전체에 걸쳐 이동하지 않기 때문이다.

회전 방지

기존 액추에이터용 너트 어셈블리 지지 메커니즘은 선형 운동을 달성하는 데 필요한 회전 방지를 제공하여 두 번째 목적을 제공한다. 너트 어셈블리 지지 메커니즘은 액추에이터 하우징 돌출부에 접 촉(슬라이딩)되어 액추에이터의 스트로크 길이 전체에 걸쳐 회전을 방지한다. 

통합 액추에이터는 일반적으로 액추에이터 외부 에 회전 방지 기능을 제공하기 위해 기계 설계 또는 툴링 설계를 활용한다. 액추에이터 기능의 일부로 회전 방지가 필요한 경우 외부 가이드 로드 또는 육 각 모양 또는 스플라인과 같은 특수 스러스트 로드 설계가 옵션이다. 스플라인 및 육각 로드 설계는 모 두 내부 회전 방지 기능을 제공하지만 밀봉 문제로 인해 이러한 설계는 IP65 침투 보호 등급이 필요한 애플리케이션에서 활용하기가 더 어렵다.

자료제공: Tolomatic(www.tolomatic.com)