리니어 액추에이터
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목차
1. 개요
리니어 액추에이터는 회전 운동을 선형 운동으로 변환하여 작동하는 장치로, 기계식, 유체식(유압, 공압), 압전, 전자기계식, 리니어 모터, 텔레스코핑 등의 다양한 종류가 있다. 기계식 액추에이터는 나사, 바퀴와 축, 캠 등의 원리를 이용하며, 유체 액추에이터는 유압 또는 공압을 사용하여 힘을 생성한다. 전자기계식 액추에이터는 모터를 사용하여 선형 운동을 만들며, 리니어 모터는 회전 운동 변환 없이 선형으로 움직인다. 각 유형은 장단점을 가지며, 작동 방식, 힘, 속도, 정밀도, 듀티 사이클 등이 다르다.
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- 액추에이터 - 호이스트
호이스트는 하중을 들어 올리고 내리는 장비의 총칭으로, 리프팅 매체, 작동 방식, 서스펜션 방식에 따라 다양한 유형으로 구분되며 산업, 건설, 광산 등 다양한 분야에서 사용된다.
| 리니어 액추에이터 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 기계 장치 |
| 기능 | 직선 운동 생성 |
| 활용 분야 | 산업 자동화 로봇 공학 정밀 기기 |
| 작동 원리 | |
| 주요 구성 요소 | 구동 장치 (모터, 유압 실린더, 공압 실린더 등) 변환 장치 (볼 스크류, 랙 및 피니언 등) 지지 및 안내 장치 (베어링, 가이드 레일 등) |
| 구동 방식 | 전기식: 전동기를 사용하여 볼 스크류 또는 리드 스크류를 회전시켜 직선 운동을 생성 유압식: 유압을 이용하여 실린더 내부의 피스톤을 움직여 직선 운동을 생성 공압식: 공기압을 이용하여 실린더 내부의 피스톤을 움직여 직선 운동을 생성 수동식: 핸들이나 레버를 이용하여 직접 스크류 또는 랙을 움직여 직선 운동을 생성 |
| 종류 | |
| 구동 방식에 따른 분류 | 전기 리니어 액추에이터 유압 리니어 액추에이터 공압 리니어 액추에이터 수동 리니어 액추에이터 |
| 구조에 따른 분류 | 볼 스크류 액추에이터 리드 스크류 액추에이터 랙 및 피니언 액추에이터 벨트 구동 액추에이터 리니어 모터 액추에이터 |
| 용도에 따른 분류 | 일반 산업용 액추에이터 정밀 제어용 액추에이터 고하중용 액추에이터 소형 액추에이터 |
| 특징 | |
| 장점 | 정밀한 위치 제어 가능 다양한 속도 및 힘 조절 가능 자동화 시스템에 용이하게 통합 가능 컴팩트한 디자인 |
| 단점 | 구동 방식에 따라 소음 발생 가능 유압식의 경우 오일 누출 가능성 존재 전기식의 경우 전원 공급 필요 수동식의 경우 작동 속도 및 힘 제한적 |
| 응용 분야 | |
| 산업 자동화 | 로봇 팔의 관절 구동 컨베이어 시스템의 위치 제어 자동문 및 게이트 제어 포장 기계의 정밀 작동 |
| 로봇 공학 | 휴머노이드 로봇의 다리 및 팔 구동 산업용 로봇의 정밀 작업 수행 의료 로봇의 수술 지원 탐사 로봇의 이동 및 조작 |
| 정밀 기기 | 반도체 제조 장비의 웨이퍼 이송 현미경의 초점 조절 의료 기기의 정밀 작동 측정 장비의 위치 제어 |
| 기타 | 3D 프린터의 헤드 이동 CNC 공작 기계의 공구 이동 자동차의 액티브 서스펜션 제어 항공 우주 장비의 작동 시스템 |
| 참고 자료 | |
| 관련 표준 | ISO 8373: 로봇 및 자동화 장치 - 어휘 IEC 60034: 회전 전기 기계 |
| 관련 용어 | 액추에이터 모터 실린더 볼 스크류 리니어 가이드 |
2. 종류
액추에이터는 작동 방식에 따라 여러 종류로 나눌 수 있다.
- '''기계식 액추에이터'''는 나사, 바퀴와 축, 캠 등의 단순 기계 원리를 이용하여 회전 운동을 선형 운동으로 변환한다. 잭스크류나 자동차 잭이 대표적인 예시이다.[1] 기계식 액추에이터는 일부는 호이스트, 체인 드라이브, 벨트 드라이브처럼 당기거나, 캠 액추에이터처럼 미는 힘만 작용하기도 하고, 공압 및 유압 실린더나 리드 스크류는 양방향 힘을 낼 수 있다.
- '''유체 액추에이터'''는 유압 액추에이터와 공압 액추에이터로 나뉜다. 유체의 압력을 이용하여 힘을 생성한다. 유압 실린더는 액체의 비압축성을 이용하여 정밀한 제어가 가능하며, 유압식 카 잭이 대표적인 예이다. 공압 실린더는 압축 공기를 사용하며, 공기 압축기가 동력원이 된다. 공압 액추에이터는 누출되기 쉬워 기계식 선형 액추에이터보다 효율성이 떨어진다.[1]
- '''압전 액추에이터'''는 압전 효과를 이용한다. 특정 물질에 전압을 가하면 물질이 팽창하는 현상을 이용하며, 매우 정밀한 위치 제어가 가능하지만 이동 거리가 짧다. 또한 압전 물질은 이력 현상을 나타내어 반복적인 제어가 어렵다.[4]
- '''전자기계식 액추에이터'''는 전동기를 사용하여 회전 운동을 선형 운동으로 변환한다. 리드 스크류나 볼 너트 등이 사용되며, 다양한 산업 분야에서 활용된다. 전자기계식 액추에이터는 기계식 액추에이터와 유사하지만 제어 노브나 손잡이 대신 전동기를 사용한다는 점이 다르다.[3][4]
- '''리니어 모터'''는 회전형 전기 모터를 펼쳐놓은 형태로, 리드 스크류 없이 선형 운동을 발생시킨다. 높은 용량이 가능하지만, 대부분 설계에서 재료 및/또는 모터의 제한은 자기력의 인력과 반발력에만 의존하기 때문에 비교적 빠르게 초과된다. 따라서 다른 유형의 선형 액추에이터에 비해 낮은 부하 용량을 가진다. 리니어 모터는 두 부분이 서로 접촉할 필요가 없다는 점에서 실외나 오염된 환경에서 장점을 가진다.
- '''텔레스코핑 선형 액추에이터'''는 공간 제약이 있는 곳에 사용되며, 작동 범위가 확장되지 않은 길이보다 훨씬 크다. 텔레스코픽 실린더나 강성 체인 액추에이터 등이 있다.
2. 1. 기계식 액추에이터
기계식 액추에이터는 회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 장치이다. 나사, 바퀴와 축, 캠 등의 단순 기계 원리를 이용한다.[1]
일부는 호이스트, 체인 드라이브, 벨트 드라이브처럼 당기거나, 캠 액추에이터처럼 미는 힘만 작용한다. 공압 및 유압 실린더나 리드 스크류는 양방향 힘을 낼 수 있다.
기계식 액추에이터는 손잡이 회전을 통해 선형 변위를 만든다. 잭스크류나 자동차 잭이 대표적 예이다. 잭 핸들을 돌리면 잭 헤드가 직선 운동을 한다. 리니어 스테이지, 로터리 스테이지 등 정밀 위치 조정 분야에도 쓰이며, 일부는 마이크로미터처럼 위치 측정 장치가 부착되기도 한다.
2. 1. 1. 세부 종류
- '''나사''': 리드 스크류, 스크류 잭, 볼 스크류 및 롤러 스크류 액추에이터는 모두 나사로 알려진 단순 기계의 원리로 작동한다. 액추에이터의 너트를 회전시키면 나사 샤프트가 직선으로 움직인다.
- '''바퀴와 축''': 호이스트, 윈치, 랙 앤 피니언, 체인 드라이브, 벨트 드라이브, 강성 체인 및 강성 벨트 액추에이터는 바퀴와 축의 원리로 작동한다. 회전하는 바퀴는 케이블, 랙, 체인 또는 벨트를 움직여 선형 운동을 생성한다.[1]
- '''캠''': 캠 액추에이터는 쐐기와 유사한 원리로 작동하지만 비교적 제한된 이동 거리를 제공한다. 바퀴와 같은 캠이 회전하면 편심 모양이 샤프트의 바닥에서 추력을 제공한다.
2. 2. 유체 액추에이터
유체 액추에이터는 유체(액체 또는 기체)의 압력을 이용하여 힘을 생성하는 장치이다. 유체 액추에이터에는 유압 액추에이터와 공압 액추에이터가 있다.2. 2. 1. 유압 액추에이터
유압 액추에이터 또는 유압 실린더는 일반적으로 피스톤이 삽입된 속이 빈 실린더를 포함한다. 피스톤에 가해지는 불균형 압력은 외부 물체를 움직일 수 있는 힘을 생성한다. 액체는 거의 압축되지 않기 때문에, 유압 실린더는 피스톤의 제어된 정밀한 선형 변위를 제공할 수 있다. 변위는 피스톤의 축을 따라 이루어진다. 수동으로 작동하는 유압 액추에이터의 익숙한 예는 유압식 카 잭이다. 일반적으로 "유압 액추에이터"라는 용어는 제어되는 유압 펌프에 의해 제어되는 장치를 말한다.2. 2. 2. 공압 액추에이터
공압 액추에이터 또는 공압 실린더는 액체 대신 압축 공기를 사용하여 힘을 생성한다는 점이 유압 액추에이터와 유사하다. 공기가 챔버 내부로 펌핑되어 챔버 반대쪽으로 밀려나는 피스톤과 비슷하게 작동한다. 공압 액추에이터는 큰 힘이 필요하지 않은 경우에 사용된다. 공압 선형 액추에이터가 선호되는 이유 중 하나는 동력원이 공기 압축기라는 점이다. 공기가 입력 소스이므로 공압 액추에이터는 여러 기계적 활동 장소에서 사용될 수 있다. 단점은 대부분의 공기 압축기가 크고 부피가 크며 시끄럽다는 것이다. 설치 후 다른 영역으로 운반하기 어렵다. 공압 선형 액추에이터는 누출되기 쉬워 기계식 선형 액추에이터보다 효율성이 떨어진다.[1]2. 3. 압전 액추에이터
압전 효과는 특정 물질에 전압을 가하면 물질이 팽창하는 특성이다. 매우 높은 전압은 미세한 팽창에 해당한다. 결과적으로, 압전 액추에이터는 매우 미세한 위치 결정 분해능을 달성할 수 있지만, 움직임의 범위는 매우 짧다. 또한, 압전 물질은 이력 현상을 나타내어 반복 가능한 방식으로 팽창을 제어하기 어렵게 만든다.[4]2. 4. 전자기계식 액추에이터
전자기계식 액추에이터는 제어 손잡이 대신 전동기를 사용하여 작동하는 장치이다. 전동기의 회전 운동은 리드 스크류, 볼 너트 등의 부품을 통해 선형 운동으로 변환된다. 이러한 방식은 다양한 산업 분야에서 널리 활용된다.전자기계식 액추에이터는 전기 에너지를 기계적 토크로 변환하는 모터를 구동하는 데에도 사용될 수 있다.
대부분의 액추에이터는 고속, 고력 또는 이 둘의 절충을 위해 제작된다. 특정 용도에 맞는 액추에이터를 선택할 때는 이동 거리, 속도, 힘, 정확도, 수명 등을 고려해야 한다.[3][4]
선형 액추에이터 시스템에는 직류 브러시, 직류 브러시리스, 스테퍼, 유도 전동기 등 다양한 모터를 사용할 수 있다.
2. 4. 1. 세부 종류
표준형 리니어 액추에이터는 일반적으로 모터가 액추에이터 측면에 부착되어 액추에이터와 평행하거나 수직으로, 또는 액추에이터 끝에 위치한다. 구동 모터는 일반적인 구조를 가지며, 견고한 구동 샤프트를 통해 액추에이터의 구동 너트 또는 구동 스크류에 기어로 연결된다.컴팩트 리니어 액추에이터는 모터와 액추에이터를 최대한 작은 형태로 만들기 위해 특수 설계된 모터를 사용한다.
- 모터 샤프트의 내부 직경을 넓혀 구동 샤프트를 속이 빈 형태로 만들 수 있다. 이를 통해 구동 스크류와 너트가 모터 중앙을 차지하여 모터와 구동 스크류 사이에 추가 기어가 필요 없게 된다.
- 이와 유사하게, 모터의 외부 직경을 매우 작게 만들 수 있지만, 극면을 길이 방향으로 늘려 모터가 작은 직경에도 높은 토크를 낼 수 있게 한다.
2. 4. 2. 작동 원리
대부분의 리니어 액추에이터는 경사면의 원리를 이용한다. 리드 스크류의 나사산은 연속적인 램프 역할을 하여 작은 회전력으로 큰 힘을 발생시킨다. 즉, 리드 스크류의 나사산을 통해 작은 회전력을 긴 거리에 걸쳐 큰 하중을 짧은 거리로 이동시킬 수 있다.[1]일반적으로 전기 모터는 리드 스크류를 회전시키도록 기계적으로 연결된다. 리드 스크류는 길이 방향으로 원주를 따라 가공된 연속적인 나선형 나사산(나사의 나사산과 유사)을 가지고 있다. 리드 스크류에는 해당 나선형 나사산이 있는 리드 너트 또는 볼 너트가 나사산으로 연결된다. 너트는 리드 스크류와 함께 회전하는 것을 방지한다(일반적으로 너트는 액추에이터 본체의 회전하지 않는 부분과 맞물린다). 리드 스크류가 회전하면 너트는 나사산을 따라 구동된다. 너트의 이동 방향은 리드 스크류의 회전 방향에 따라 달라진다. 너트에 연결 장치를 연결하여 움직임을 사용 가능한 선형 변위로 변환할 수 있다.
2. 4. 3. 추가 설명
전자기계식 액추에이터는 기계식 액추에이터와 유사하지만, 제어 노브나 손잡이 대신 전동기를 사용한다. 모터의 회전 운동은 선형 운동으로 변환된다.일반적으로 전기 모터는 리드 스크류를 회전시키도록 기계적으로 연결된다. 리드 스크류는 긴 쪽에 나선형 나사산이 가공되어 있으며, 여기에 리드 너트 또는 볼 너트가 연결된다. 너트는 리드 스크류와 함께 회전하지 않도록 고정되어 있어, 리드 스크류가 회전하면 너트가 나사산을 따라 움직인다. 너트의 이동 방향은 리드 스크류의 회전 방향에 따라 달라진다.
대부분의 액추에이터는 고속, 고력, 또는 이 둘의 조합을 위해 제작된다. 특정 용도에 맞는 액추에이터를 선택할 때는 이동 거리, 속도, 힘, 정확도, 수명 등을 고려해야 한다.[3][4]
선형 액추에이터 시스템에는 직류 브러시, 직류 브러시리스, 스테퍼, 유도 전동기 등 다양한 모터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 정유 공장의 대형 밸브 작동에는 리드 스크류를 구동하는 AC 유도 전동기를 사용하는 선형 액추에이터가 사용될 수 있다. 반면, 실험실 장비나 로봇 공학에는 미세 피치 리드 스크류가 있는 스테퍼 모터 선형 액추에이터가 사용될 수 있다.
선형 액추에이터 설계의 기본 원리는 경사면의 원리이다. 리드 스크류의 나사산은 작은 회전력으로 큰 하중을 움직일 수 있게 해준다.
동력원은 DC 또는 AC 모터에서 공급되며, 일반적인 모터는 12V DC이다. 액추에이터에는 모터의 극성을 반전시키는 스위치가 있어 움직임을 변경할 수 있다.
액추에이터의 속도와 힘은 기어 박스에 따라 달라지며, 속도와 힘은 반비례 관계이다. 즉, 속도가 낮을수록 더 큰 힘을 낼 수 있다.
액추에이터의 스트로크는 스크류와 샤프트의 길이에 따라 결정된다. 속도는 모터를 스크류에 연결하는 기어에 따라 달라진다.
액추에이터의 스트로크를 제한하는 메커니즘은 리미트 스위치 또는 마이크로 스위치이다. 이 스위치들은 샤프트의 상단과 하단에 위치하며, 스크류의 움직임에 따라 작동한다.
2. 4. 4. 다양한 설계
전자기계식 액추에이터는 전동기로 제어 노브나 손잡이가 대체된 것을 빼면, 기계식 액추에이터와 유사하다. 모터의 회전 운동은 선형 변위로 변환된다. 현대식 선형 액추에이터는 다양한 설계가 있으며, 이를 제조하는 모든 회사는 독점적인 방식을 가지고 있다.
일반적으로 전기 모터는 리드 스크류를 회전시키도록 기계적으로 연결된다. 리드 스크류에는 길이 방향으로 원주를 따라 가공된 연속적인 나선형 나사산(나사의 나사산과 유사)을 가지고 있다. 리드 스크류에는 해당 나선형 나사산이 있는 리드 너트 또는 볼 너트가 나사산으로 연결된다. 너트는 리드 스크류와 함께 회전하는 것을 방지한다(일반적으로 너트는 액추에이터 본체의 회전하지 않는 부분과 맞물린다). 리드 스크류가 회전하면 너트는 나사산을 따라 구동된다. 너트의 이동 방향은 리드 스크류의 회전 방향에 따라 달라진다. 너트에 연결 장치를 연결하여 움직임을 사용 가능한 선형 변위로 변환할 수 있다.
기본적인 설계에 대한 다양한 변형이 이루어져 왔다. 대부분은 더 높은 기계적 효율, 속도, 또는 부하 용량과 같은 일반적인 개선 사항을 제공하는 데 중점을 둔다. 또한 액추에이터 소형화에 대한 대규모 엔지니어링 운동도 있다.
대부분의 전기 기계식 설계는 리드 스크류와 리드 너트를 통합한다. 일부는 볼 스크류와 볼 너트를 사용한다. 어느 경우든 스크류는 모터 또는 수동 제어 손잡이에 직접 또는 일련의 기어를 통해 연결될 수 있다. 기어는 일반적으로 더 작고 약한 모터가 더 높은 rpm으로 회전하도록 하여, 모터가 직접 구동할 수 있는 것보다 더 무거운 부하에서 스크류를 회전시키는 데 필요한 토크를 제공하도록 감속하는 데 사용된다. 효과적으로 이것은 액추에이터 속도를 희생하여 액추에이터 추력을 증가시킨다.
- '''이동 너트 선형 액추에이터''': 리드 스크류의 한쪽 끝에 부착된 모터(기어 박스를 통해 간접적으로 연결될 수 있음)가 있으며, 모터는 리드 스크류를 회전시키고 리드 너트는 회전을 방지하여 리드 스크류 위아래로 이동한다.
- '''이동 스크류 선형 액추에이터''': 모터를 완전히 통과하는 리드 스크류를 가지고 있다. 이동 스크류 선형 액추에이터에서 모터는 회전을 방지하는 리드 스크류 위아래로 "이동"한다. 회전하는 유일한 부품은 모터 내부에 있으며 외부에서 보이지 않을 수 있다.
일부 리드 스크류는 여러 "시작점"을 가지고 있다. 이는 동일한 샤프트에 여러 개의 나사산이 교대로 있다는 것을 의미한다. 이를 통해 나사산 피치와 너트/스크류 나사산 접촉 면적 사이에서 더 많은 조정을 할 수 있으며, 각각 확장 속도와 부하 지지 용량을 결정한다.
2. 4. 5. 하중 용량
선형 스크류 액추에이터는 정적 하중 용량을 가질 수 있는데, 이는 모터가 멈춘 상태에서 액추에이터가 제자리에 고정되어 액추에이터를 당기거나 미는 하중을 지지할 수 있음을 의미한다. 이 정적 하중 용량은 이동성과 속도를 증가시킨다.[1]액추에이터의 제동력은 스크류 나사산의 각 피치와 나사산의 특정 설계에 따라 달라진다. 애크미 나사는 매우 높은 정적 하중 용량을 가지는 반면, 볼 스크류는 매우 낮은 하중 용량을 가지며 거의 자유롭게 떠 있을 수 있다. 일반적으로 추가 기술 없이는 스크류 액추에이터의 정적 하중 용량을 변경할 수 없다. 스크류 나사산 피치와 드라이브 너트 설계는 동적으로 조정할 수 없는 특정 하중 용량을 정의한다.
어떤 경우에는 점도가 높은 그리스를 선형 스크류 액추에이터에 추가하여 정적 하중을 증가시킬 수 있다. 일부 제조업체는 특정 요구 사항에 맞게 하중을 변경하기 위해 이를 사용한다. 전자 브레이크 시스템을 사용하여 선형 스크류 액추에이터에 정적 하중 용량을 추가할 수 있으며, 이는 회전하는 드라이브 너트에 마찰을 가한다. 예를 들어, 스프링을 사용하여 브레이크 패드를 드라이브 너트에 적용하여 전원이 꺼졌을 때 제자리에 고정할 수 있다. 액추에이터를 움직여야 할 때, 전자석이 스프링에 반작용하여 드라이브 너트의 제동력을 해제한다. 유사하게, 전자 래칫 메커니즘을 선형 스크류 액추에이터와 함께 사용하여 부하를 들어 올리는 구동 시스템이 액추에이터 전원이 꺼졌을 때 제자리에 고정되도록 할 수 있다. 액추에이터를 낮추려면 전자석을 사용하여 스프링 힘에 반작용하고 래칫을 잠금 해제한다.
동적 하중 용량은 일반적으로 리니어 액추에이터가 작동 중에 제공할 수 있는 힘의 양을 말한다. 이 힘은 스크류 유형(이동을 제한하는 마찰의 양)과 움직임을 구동하는 모터에 따라 달라진다. 동적 하중은 대부분의 액추에이터가 분류되는 수치이며, 어떤 응용 분야에 가장 적합한지를 잘 나타낸다.
2. 4. 6. 속도 제어
대부분의 전동 액추에이터는 속도 제어가 필요하다. 이러한 제어기는 모터에 공급되는 전압을 조절하여 리드 스크류의 회전 속도를 변경한다. 기어비를 조절하는 것도 속도 조절의 한 방법이다. 일부 액추에이터는 여러 가지 기어 옵션으로 제공된다.2. 4. 7. 듀티 사이클
모터의 듀티 사이클은 액추에이터가 냉각될 필요가 있기 전에 작동할 수 있는 시간을 나타낸다. 액추에이터를 작동할 때 이 지침을 준수하는 것이 수명과 성능에 매우 중요하다. 듀티 사이클 등급을 초과하면 과열, 출력 손실, 결국에는 모터 소손의 위험이 있다.[4]2. 5. 리니어 모터
리니어 모터는 회전형 전기 모터를 기능적으로 직선 형태로 펼쳐놓은 것과 같다. 회전자와 고정자의 원형 자기장 구성 요소를 직선으로 배치한다. 회전 모터는 회전하면서 동일한 자기 극면을 다시 사용하지만, 리니어 모터의 자기장 구조는 액추에이터의 길이를 따라 물리적으로 반복된다.모터가 선형 방식으로 움직이기 때문에 회전 운동을 선형 운동으로 변환하기 위한 리드 스크류가 필요 없다. 높은 용량이 가능하지만, 대부분 설계에서 재료 및/또는 모터의 제한은 자기력의 인력과 반발력에만 의존하기 때문에 비교적 빠르게 초과된다. 대부분의 리니어 모터는 다른 유형의 선형 액추에이터에 비해 낮은 부하 용량을 가진다.
리니어 모터는 두 부분이 서로 접촉할 필요가 없다는 점에서 실외 또는 오염된 환경에서 장점을 가지며, 따라서 전자기 구동 코일을 방수 처리하고 습기와 부식으로부터 밀봉하여 매우 긴 수명을 보장할 수 있다. 리니어 모터는 고속, 고정밀도 및 고출력의 다양한 조합을 요구하는 애플리케이션을 위해 고성능 위치 결정 시스템에 광범위하게 사용되고 있다.
2. 6. 텔레스코핑 선형 액추에이터
텔레스코핑 선형 액추에이터는 공간 제약이 있는 곳에 사용되는 특수 선형 액추에이터이다. 작동 범위는 확장되지 않은 길이보다 훨씬 크다.일반적인 형태는 텔레스코픽 실린더처럼 슬리브처럼 확장 및 수축되는 대략 같은 길이의 동심 튜브로 만들어진다. 강성 체인 액추에이터와 같이, 확장 시에는 강성 선형 샤프트 역할을 하지만 수축 시에는 접히거나 분리되는 형태도 있다.
2. 6. 1. 세부 종류
텔레스코핑 선형 액추에이터는 공간 제약이 있는 곳에 사용되는 특수 선형 액추에이터이다. 작동 멤버의 이동 범위는 확장되지 않은 길이보다 여러 배 더 크다.일반적인 형태는 텔레스코픽 실린더처럼 슬리브처럼 확장 및 수축되는 대략 같은 길이의 동심 튜브로 만들어진다.
다른 더 특화된 텔레스코핑 액추에이터는 확장 시 강성 선형 샤프트 역할을 하지만, 수축 시 접히거나 조각으로 분리되거나 풀리는 작동 멤버를 사용한다. 텔레스코핑 선형 액추에이터의 예는 다음과 같다.
- 나선형 밴드 액추에이터
- 강성 벨트 액추에이터
- 강성 체인 액추에이터
- 분할형 스핀들
3. 장단점 비교
| 액추에이터 유형 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
| 기계식 | 저렴하고 반복 사용이 가능하다. 전원이 필요 없다. 자체 내장되어 있다. 늘어나거나 줄어들 때 동일하게 동작한다. | 수동 조작만 가능하고 자동화는 불가능하다. |
| 전기 기계식 | 저렴하고 반복 사용이 가능하다. 자동화가 가능하다. 자체 내장되어 있다. 늘어나거나 줄어들 때 동일하게 동작한다. DC 또는 스테핑 모터를 사용한다. 위치 피드백이 가능하다. | 마모되기 쉬운 움직이는 부품이 많다. |
| 리니어 모터 | 설계가 단순하다. 움직이는 부품이 최소화되어 있다. 높은 속도가 가능하다. 자체 내장되어 있다. 늘어나거나 줄어들 때 동일하게 동작한다. | 낮거나 중간 정도의 힘만 낼 수 있다. |
| 압전 | 매우 작은 움직임을 고속으로 구현할 수 있다. 전력 소비가 거의 없다. | 기계적으로 증폭하지 않으면 이동 거리가 짧다. 높은 전압(일반적으로 24V 이상)이 필요하다. 비싸고 깨지기 쉽다. 압축에만 적합하며 당기는 힘에는 적합하지 않다. 일반적으로 연료 분사에 사용된다. |
| TCP: 꼬인 및 코일 폴리머 | 가볍고 저렴하다. | 효율이 낮고 높은 온도 범위가 필요하다. |
| 유압 모터 | 매우 높은 힘을 낼 수 있다. 크기 대비 비교적 높은 전력 비율(또는 전력 밀도)을 가진다. | 누출될 수 있다. 반복성을 위해 위치 피드백이 필요하다. 외부 유압 펌프가 필요하다. 일부 설계는 압축에만 적합하다. |
| 공압 모터 | 강력하고, 가볍고, 단순하며, 빠르다. | 정밀한 위치 제어는 완전히 정지한 상태에서만 가능하다. |
| 왁스 모터 | 부드럽게 작동한다. | 다른 방법에 비해 신뢰성이 떨어진다. |
| 분할 스핀들 | 매우 작다. 액추에이터 길이보다 큰 이동 범위를 가진다. | 선형 및 회전 운동이 모두 가능하다. |
| 무빙 코일 | 힘, 위치 및 속도를 제어하고 반복할 수 있다. 고속 및 정밀한 위치 지정이 가능하다. 선형, 회전 및 선형 + 회전 동작이 가능하다. | 반복성을 위해 위치 피드백이 필요하다. |
| MICA: 가동 철심 제어 액추에이터 | 높은 힘과 제어 능력을 갖추고 있다. 무빙 코일보다 힘이 세고 손실이 적다. 손실을 쉽게 분산시킬 수 있다. 전자 드라이버를 설계하고 설정하기 쉽다. | 스트로크가 수 밀리미터로 제한된다. 무빙 코일보다 선형성이 낮다. |
참조
[1]
서적
Mechanisms and Mechanical Devices Source book, 4th Edition
McGraw-Hill
2007
[2]
웹사이트
Underwater Linear Actuator
http://www.ultramoti[...]
2014-10-22
[3]
웹사이트
Linear Actuator Guide
http://www.anaheimau[...]
Anaheim Automation
2016-05-12
[4]
웹사이트
Electric Actuators
http://www.baelzna.c[...]
2016-05-12
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