선형 액추에이터의 경우 속도, 정밀도, 크기 면에서 공압식 액추에이터보다 전기기계식 액추에이터가 선호되는 옵션이 되고 있습니다.

최근 몇 년 동안 공장 및 회사 관리자들은 공장 자동화 장비에 전기 막대형 액추에이터를 더 많이 사용하고 공압 액추에이터를 줄여야 한다는 요구가 더욱 커졌습니다. 이러한 전환을 촉진하는 요인에는 여러 가지가 있지만, 가장 중요한 요인은 다음과 같은 요구 증가입니다.

• 더 높은 정밀도를 갖춘 전기기계식 액추에이터로 기계 성능을 개선하세요.
• 공압 액추에이터와 동일한 추력을 전달하면서도 약 4분의 1 정도의 공간만 필요한 전기 기계 액추에이터를 사용하면 장비의 크기를 줄일 수 있습니다.
• 전기기계식 액추에이터는 24시간 내내 작동하여 압력을 유지하는 공기 압축기가 필요하지 않으므로 에너지를 더욱 효율적으로 활용할 수 있습니다.
• 전기 기계식 액추에이터는 구성 요소가 적고, 압축기가 필요 없으며, 공기 누출이 발생하지 않으므로 유지 관리 비용과 총 소유 비용이 줄어듭니다.

공압 액추에이터를 전기기계식 액추에이터로 교체하기로 결정했다면, 다음 단계는 여러 브랜드 중에서 적합한 전기기계식 액추에이터를 선택하는 것입니다. 기본적인 추력 사양은 유사할 수 있지만, 수명 주기 성능, 유지보수성, 그리고 내환경성 측면에서 상당한 차이가 있습니다.

일반적으로 볼 스크류의 직경이 클수록 추력 잠재력이 커집니다. 그러나 이를 달성하려면 추력 베어링과 연장 튜브, 내부 볼 너트, 베어링 하우징, 와이퍼 하우징을 포함한 모든 고정 지점의 적절한 결합이 필요합니다. 그렇지 않으면 추력 증가로 인해 시스템 수명이 단축됩니다. 부하를 감당하기에는 부품이 너무 약하면 훨씬 더 빨리 마모되거나 손상될 수 있습니다.

각각 16mm 볼 스크류가 장착되어 750N의 추력을 제공하는 두 개의 액추에이터를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 하나는 2,000km의 주행 수명을, 다른 하나는 8,000km의 주행 수명을 제공할 수 있습니다. 차이점은 볼 스크류와 다른 부품들이 얼마나 잘 결합되는지에 달려 있습니다.

더욱이, 볼 스크류 직경이 클수록 비용과 설치 면적이 커지므로, 볼 스크류와 다른 부품을 적절하게 결합하면 두 가지 모두 감소합니다. 3,200N의 힘이라는 적용 요건을 충족하기 위해 어떤 공급업체는 직경 20mm의 볼 스크류를 사용할 수 있고, 다른 공급업체는 부품이 적절하게 결합된 볼 스크류를 사용하여 동일한 추력을 얻을 수 있습니다. 따라서 후자의 볼 스크류는 성능 저하 없이 크기를 줄일 수 있습니다.

볼 스크류를 다른 부품과 적절히 결합하는 것은 액추에이터의 수명에 상당한 영향을 미치며, 캐리어 설계와 결합될 때 두 가지 요소가 정밀도와 하중 용량에 가장 큰 영향을 미칩니다. 액추에이터 설계의 또 다른 목표는 반경 방향 및 측면 자유 유격을 줄이는 것입니다. 이에 영향을 미치는 요인으로는 캐리어 본체의 직경, 접촉 표면적, 그리고 지지대 사용이 있습니다. 예를 들어, 더 큰 캐리어 본체는 측면 하중 상황에서 표면 접촉 면적을 극대화하여 더 큰 외부 반경 방향 하중을 지지합니다. 전기 액추에이터의 측면 하중 기능은 공압 또는 유압 액추에이터로는 달성할 수 없는 수준의 성능, 정밀도 및 소형화를 제공합니다.

표면적을 최대화하면 방사형 및 횡방향 하중 용량이 향상되지만, 안정성에는 반드시 도움이 되는 것은 아닙니다. 이 문제는 높은 다리를 홈이 있는 채널(위 이미지에서 세 개)에 고정함으로써 해결하는 경우가 많습니다. 이러한 지지 다리는 진동을 줄여 소음을 증가시키고 마모를 유발할 수 있습니다. 대부분의 디자인은 이러한 융기부를 하나 또는 두 개 사용하여 약간의 유격을 제거하지만, 시간이 지남에 따라 시스템이 마모되기 시작하면 딸깍거리는 소리가 발생할 수 있습니다. 그러나 두 개 대신 네 개의 다리를 사용하면 마모와 소음을 줄여 더욱 효과적이고 내구성 있는 회전 방지 기능을 제공합니다. 또한, 추가된 다리는 마찰 없는 복귀 동작을 보장하여 마모로 인한 유격을 더욱 줄여줍니다.

또한, 캐리어 다리를 바깥쪽으로 구부리면 방사형 예압이 발생하여 추력 튜브의 유격이 줄어듭니다. 또한 캐리어 본체와 볼 너트가 중앙에 위치하여 캐리어를 압출부에 심을 끼울 필요가 없고, 장치 수명 동안 발생하는 마모를 보상합니다. 모든 부품이 정렬 상태를 유지하면 일관된 공회전 토크를 위해 액추에이터를 보정해야 하는 횟수가 줄어듭니다.

마모를 줄이고 소음을 줄이는 데는 공차가 매우 중요합니다. 하지만 공극이 전혀 없으면 액추에이터가 고속으로 작동할 때 압력이 발생합니다. 이는 과열을 유발하여 윤활 문제를 비롯한 내구성 문제를 야기합니다. 이 문제를 해결하려면 캐리어 레그의 수컷 키 기능 두 개를 나머지 두 개보다 낮게 배치해야 합니다. 톰슨은 많은 액추에이터에 이러한 방식을 적용하고 있습니다. 이렇게 하면 압력이 쌓이는 것을 방지하기에 충분한 공극이 확보됩니다. 위 이미지에서 볼 수 있듯이, 캐리어 레그에 직교하는 수컷 키 기능 두 개가 나머지 두 개보다 낮습니다.

유지 보수성

유지보수의 용이성은 수명 주기 성능에 영향을 미치고 생산성 향상에도 기여합니다. 전기 기계식 액추에이터는 윤활 방식과 모터 취급 방식이 다릅니다. 대부분의 액추에이터는 윤활을 위해 부품이 60~70% 정도 접혀서 노출됩니다. 기술자는 캡을 제거하고 윤활이 필요한 부품을 찾아 그리스를 주입하며, 이 과정을 반복해야 할 수도 있습니다.

하지만 더 나은 방법은 튜브를 완전히 늘리거나 줄여 모든 구성품을 최대한 노출시키는 것입니다. 이렇게 하면 자동 윤활 기능을 사용할 수 있습니다. 또한, 윤활 니플을 사용하면 캡을 제거할 필요가 없어 유지 관리가 더욱 간편해집니다.

모터와 기계식 액추에이터를 연결하는 데 필요한 시간을 없애면 유지 보수 시간을 단축할 수 있습니다. 일반적으로 모터를 병렬로 장착하는 데 20~25분이 걸립니다. 모터를 장착한 후에는 기술자가 다양한 도구를 사용하여 벨트 장력과 정렬을 적절히 조정해야 합니다. 이 작업에는 최소 12단계가 필요합니다.

하지만 액추에이터에 사전 조립된 병렬 솔루션이 제공되는 경우, 조립 중에 벨트 장력을 미리 조절할 수 있어 여러 단계의 장력 조정이 필요 없습니다. 모터는 볼트로 고정하여 단 세 단계만으로 사용할 수 있습니다. 인라인 마운팅의 경우, 사전 조립 솔루션의 이점은 비슷하지만, 그렇게 극적이지는 않습니다.

또한, 스트래들 마운트 베어링을 사용하면 정렬 불량 위험이 없어집니다. 또한 모터 축을 레이디얼 하중으로부터 보호하여 소음을 줄이고 액추에이터 수명을 더욱 연장합니다.

환경 저항성

전기기계식 액추에이터는 가혹한 조건, 환경, 그리고 잦은 고압 세척을 견뎌내는 능력에 따라 성능이 다릅니다. 이는 외부 형상, 재질 선택, 그리고 밀봉 방식에 따라 달라집니다.

매끄러운 표면의 프로파일은 먼지와 액체가 쌓이지 않기 때문에 홈이 있는 표면보다 깨끗합니다. 따라서 잦은 세척이 필요한 혹독한 환경에 더 적합합니다. 하지만 매끈한 외관에는 단점이 있을 수 있습니다. 센서 부착이 필요한 애플리케이션에 사용하는 경우, 센서를 부착하기 위해 별도의 플라스틱 부품이 필요할 수 있습니다.

내환경성은 연장 튜브의 재질 구성에도 영향을 받습니다. 대부분의 시스템은 크롬강을 사용하지만, 혹독한 환경에서는 스테인리스강이 훨씬 더 나은 선택입니다.

환경 저항성의 핵심 지표는 IP(Ingress Protection) 코드입니다. 예를 들어 IP 등급 65는 장치가 방진 기능을 갖추고 있으며, 식품 및 음료 산업의 세척 작업에서 발생할 수 있는 저압의 물 분사로부터 어느 방향에서나 보호됨을 의미합니다. 이 등급을 충족하는 전동 액추에이터는 극소수에 불과하지만, 부식성 환경에서는 매우 중요합니다. IP 등급 54는 튀는 물에 대해서는 어느 정도 보호하고 먼지에 대해서는 100% 미만의 보호 수준을 제공하여 일부 세척 용도에는 적합하지만, 압력이 가해지는 경우에는 적합하지 않습니다. 선형 액추에이터에서 흔히 볼 수 있는 IP 등급 40은 먼지나 액체로부터 보호되지 않음을 의미합니다.

높은 IP 등급은 주로 더 나은 밀봉 성능에 달려 있습니다. 예를 들어 Thomson은 전기 기계식 액추에이터의 모터 마운트를 포함한 모든 부분을 밀봉합니다. 모든 개스킷 또한 밀봉되어야 하며, 장착 플레이트에서 멈추지 않고 모터까지 완전히 확장되어야 합니다.

차세대 모션 컨트롤

생산성 향상, 교체 시간 단축, 신뢰성 향상, 에너지 절감, 유지보수 및 운영 비용 절감에 대한 시장 수요가 증가함에 따라, 점점 더 많은 설계자와 최종 사용자가 공압 액추에이터 대신 전기 기계식 액추에이터로 전환하고 있습니다. 정교한 모션 제어가 필요한 기계의 경우, 전기 기계식 액추에이터가 사실상 유일한 대안입니다. 하지만 간단한 선형 모션 작업의 경우에도 모션 제어 설계자와 사용자는 유지보수가 용이하거나 간편하고, 에너지 절감 효과가 높으며, 작동 환경이 더 깨끗한 전기식 액추에이터를 선호합니다.

다양한 브랜드의 전기 액추에이터를 신중하게 비교하면 더 큰 이점을 얻을 수 있습니다. "하중 지지 능력"은 항상 시스템 수명 및 공간 요구 사항의 맥락에서 해석해야 합니다. 이러한 영역에는 실질적인 상충 관계가 있습니다. 캐리어 설계는 정밀도뿐만 아니라 측면 및 회전 하중 지지 능력에도 영향을 미치므로, 캐리어가 채널에 고정되는 방식과 유도 장치의 모양과 크기에 세심한 주의를 기울여야 합니다.

지지대와 다리 디자인 등 향상된 메커니즘과 부품은 그립감을 높이기 위해 곡선 형태로 제작될 수 있으며, 이를 통해 정확도와 마모를 개선할 수 있습니다. 또한 적절한 외부 프로파일, 소재 선택, 그리고 밀봉 전략은 내환경성을 위한 핵심 요소입니다. 더 매끄러운 프로파일, 스테인리스 스틸 소재, 그리고 높은 IP 등급은 일반적으로 가장 뛰어난 보호 기능을 제공합니다.